Le Dr Donna Roberts, scientifique australienne de l’Université de Tasmanie, est à la tête du projet Antarctic FOCE. En partenariat avec le Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI), en Californie, elle veut évaluer les effets de l’acidification des eaux polaires sur les organismes marins. Un véritable enjeu car la baisse du pH, qui y est deux fois plus rapide qu’ailleurs, pourrait préfigurer le futur des autres océans. Elle revient sur sa démarche.

Pourquoi mesurer les effets de l’acidification des océans en Antarctique?

La température est un paramètre important dans la chimie des océans. Ainsi, le CO2 est plus soluble dans les eaux froides. Exactement comme le champagne, qui conserve mieux ses bulles au réfrigérateur ! Les eaux froides polaires sont donc celles qui absorbent la plus grande quantité du CO2 émis par les activités humaines. Du coup, le processus d’acidification du milieu marin est plus important aux pôles : le pH y change deux fois plus vite que dans les eaux tropicales et tempérées. Il est par conséquent crucial d’évaluer l’impact de cette acidification accélérée sur les écosystèmes polaires. C’est ce que nous projetons de faire en Antarctique. Nos observations permettront aussi d’anticiper sur ce qui pourrait advenir dans le reste des océans si les émissions de CO2 continuent d’augmenter.

Comment allez-vous procéder ?

En collaboration avec les chercheurs du Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI), en Californie, nous sommes en train de mettre au point la première expérience polaire FOCE (Free Ocean CO2 Enrichment) : l’objectif est de soumettre une zone, au fond de l’océan, à la baisse de pH prévisible à l’horizon 2100. Nous étudierons la réponse de l’écosystème à cette acidification locale artificielle. Avec ce dispositif technique, nous n’observerons plus un seul animal dans un aquarium, mais les conséquences sur toute une communauté d’organismes dans leur milieu naturel. C’est la seule manière de connaître les effets à long terme de l’augmentation du CO2 sur les océans ; nous espérons apporter des arguments scientifiques solides sur lesquels s’appuyer pour prendre les décisions nécessaires pour le futur.

Quel est l’avancement de votre projet Antarctic FOCE ?

Jonathan Reeve, de l’Australian Antarctic Division, avec qui je collabore, m’apporte son aide scientifique et technique. Nous avons entamé un partenariat avec Bill Kirkwood, du MBARI, pour développer la technologie FOCE pour notre projet polaire. Nous réunissons aujourd’hui les fonds et le support logistique. Nous avons obtenu un soutien du gouvernement australien pour financer l’équipement et l’autorisation de mener notre expérience sur le territoire antarctique australien. Nous déploierons la première expérience FOCE polaire en 2014.

Propos recueillis par Catherine Brun.

Polar waters: the challenges of accelerated acidification

Dr Donna Roberts, an Australian scientist from the University of Tasmania, is head of the FOCE Antarctic project. In partnership with the Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI) in California, she wants to evaluate the effects of the acidification of polar waters on marine organisms. A real challenge since the drop in pH, which is twice as rapid as elsewhere, could prefigure the future of the other oceans. She talks about her procedure.

Why measure the effects of ocean acidification in Antarctica?

Temperature is an important parameter in the oceans’ chemistry. CO2 is more soluble in cold waters. Exactly like champagne, which keeps its bubbles better in the refrigerator! Cold polar waters thus absorb the largest quantity of CO2 emitted by human activities. This means that the process of acidification of the marine environment is more significant at the poles: the pH changes twice as quickly here as in tropical and temperate waters. It is therefore crucial to evaluate the impact of this accelerated acidification on polar ecosystems. That is what we plan to do in Antarctica. Our observations will also enable us to predict what could happen in the rest of the world’s oceans if CO2 emissions continue to rise.

How are you going to proceed?

In collaboration with the researchers of the Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI) in California, we are currently developing the first polar FOCE (Free Ocean CO2 Enrichment) experiment: the aim is to submit an area at the bottom of the ocean to the drop in pH expected by 2100. We will study the response of the ecosystem to this artificial local acidification. Using this technique, we will no longer observe a single animal in an aquarium, but rather the consequences on an entire community of organisms in their natural environment. It’s the only way to find out the long-term effects of the increase in CO2 on the oceans; we hope to provide solid scientific arguments on which to base necessary decisions for the future.

How far has your Antarctic FOCE project progressed?

Jonathan Reeve, of the Australian Antarctic Division, with whom I collaborate, is providing me with scientific and technical assistance. He, I, and Bill Kirkwood, MBARI, have entered into a partnership to develop the FOCE technology for our polar setting. We are now gathering the funds and the logistical support. We have obtained a subsidy from the Australian Government to finance the equipment and the authorisation to conduct our experiment in the Australian Antarctic Territory. We are on track to deploy the first polar FOCE experiment in 2014.

Interview by Catherine Brun.

Comment prévoir le temps qu’il fera demain ? Comment aura évolué le climat dans 10 ou 100 ans ? Quelles sont les différentes méthodes de prévisions ? Dans quelle mesure sont-elles fiables ? Les chercheurs de Météo-France, du CERFACS et du CNRS vous livrent leurs analyses et répondent à vos interrogations sur un sujet controversé. Rendez-vous jeudi 16 mai à 20h au Centre International de Conférences de Météo-France à Toulouse pour une conférence-débat avec :

Laurent Terray, Directeur du Laboratoire Sciences de l’Univers au CERFACS

Peut-on prévoir ce qui change tout le temps ?

Joël Collado, météorologiste et présentateur à Radio-France

Quel temps fera-t-il ce week-end ?

Jean-Pierre Céron, Directeur adjoint scientifique de la climatologie à Météo-France

L’été sera-t-il chaud ?

Christophe Cassou, climatologue, chercheur au CNRS, détaché au CERFACS

Quel climat pour 2023 ?

Serge Planton, responsable de l’Unité de recherche climatique au Centre de recherches de Météo-France

Quel climat pour 2100 ?

Débats animés par :

Jean-Claude André, ancien Directeur de la recherche à Météo-France et ancien Directeur du CERFACS

La Fondation BNP Paribas est partenaire de Météo France et du CERFACS à travers les soutiens qu’elle apporte aux projets « Accès aux Archives du Climat » et « Preclide ».

Retrouvez les 5 projets de recherche sur le changement climatique soutenus par la Fondation BNP Paribas sur le blog climateinitiative.pourunmondequichange.com.

English version below.

Le message de David Kline, biologiste à l’Université de Californie de San Diego, est clair : si nous n’agissons pas dès maintenant pour réduire nos émissions de CO2 et arrêter l’acidification de l’océan, nos petits-enfants ne verront jamais les beautés des récifs coralliens. Il revient sur l’expérience pilote qu’il a menée sur la Grande Barrière de corail et sur ses conclusions alarmantes.

Vous êtes le premier scientifique à utiliser le système FOCE en eau peu profonde, comment s’est déroulée votre expérience sur le terrain ?

Nous avons baptisé notre système « cp-FOCE », pour Coral-Proto Free Ocean Carbon Enrichment System. Nous avons déployé ce prototype, mis au point avec l’aide du Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI), sur l’île Héron, une île au large de la côte nord-est de l’Australie et qui fait partie de la Grande Barrière de corail. L’originalité de cette expérience est d’étudier directement les organismes vivants dans leur écosystème plutôt qu’en aquarium. Nous avons soumis les coraux, les algues et les sédiments présents dans l’enceinte du dispositif à des conditions d’acidité mimant l’évolution prévisible des eaux dans 50 et 100 ans si les rejets de CO2 continuent à ce rythme sur la planète.

Quelle est la conséquence de l’acidification des océans sur les récifs coralliens ?

Nos résultats montrent clairement que l’acidification des eaux marines a des répercussions majeures sur l’écosystème corallien. L’équilibre entre croissance et érosion est modifié en faveur de l’érosion, qui augmente de 50 % dans notre expérience. Le récif est donc menacé de se dissoudre littéralement dans ces eaux plus acides.

Dans l’immédiat nous avons deux objectifs principaux : le premier, scientifique, va consister à reconduire cette expérience sur d’autres écosystèmes coralliens et à rechercher sur un même écosystème si certaines zones sont plus résistantes que d’autres ; le second objectif est l’information du grand public. Car nous avons des milliards de personnes à convaincre qu’il faut agir pour réduire notre empreinte carbone avant qu’il ne soit trop tard ! Notre rôle de scientifique est aussi de donner l’alerte.

Qu’apporte la « communauté xFOCE » à votre domaine de recherche ?

Le retour d’expérience de chacun est particulièrement intéressant sur des projets avec une composante technique importante. L’expérience xFOCE est non seulement une innovation technologique, mais aussi une nouvelle manière de concevoir nos recherches. La collaboration multidisciplinaire nécessaire entre ingénieurs et biologistes est très riche. Enfin, je tiens à souligner combien l’aide de Peter Brewer et de William Kirkwood, au MBARI, est précieuse pour la mise en place des projets sur tous les continents. Des projets indispensables pour anticiper les évolutions climatologiques futures.

“We must reduce CO2 emissions before it is too late!”

The message conveyed by David Kline, a biologist at the University of California at San Diego, is clear: if we do not act now to reduce our CO2 emissions and stop ocean acidification, our grandchildren will never experience the beauty of coral reefs. He recounts the pilot experiment he conducted on the Great Barrier Reef and its alarming findings.

You were the first scientist to use the FOCE system in shallow water; how did your experiment go in the field?

We called our system “CP-FOCE” for Coral-Proto Free Ocean Carbon Enrichment System. We deployed a prototype that was developed with the help of the Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI) on Heron island, a coral cay, located off the northeast coast of Australia, which is part of the Great Barrier Reef. The originality of this experiment was to directly study living organisms in their ecosystem rather than in an aquarium. We subjected the corals, algae and sediment present within the confines of the system to acidic conditions mimicking the expected evolution of the water over the next 50 to 100 years, if CO2 emissions continue at their present pace on the planet.

What is the impact of ocean acidification on coral reefs?

Our results clearly show that the acidification of sea water has a major impact on coral reef ecosystems. The balance between growth and erosion is changed in favour of erosion, which increased by 50% in our experiment. The reef is literally at risk of dissolving in this more acidic water.

We have two main objectives in the immediate term: the first, which is scientific in nature, will be to extend this experiment to other coral ecosystems and investigate whether certain areas on the same ecosystem are more resistant than others, and the second objective is to inform the public. We have billions of people to convince that we must act to reduce our carbon footprint before it is too late! Our role as scientists is also to raise the alarm.

What is the xFOCE community’s contribution to your field of research?

The experience feedback from everyone was especially worthwhile on projects with a significant technical component. The xFOCE experience is not only a technological innovation, but also a new way of designing our research. The necessary multidisciplinary cooperation between engineers and biologists is extremely rewarding. Finally, I would like to stress how valuable Peter Brewer’s and William Kirkwood’s help has been, at MBARI, for the deployment of projects on all continents. These projects are crucial if we are to anticipate the effects of future climate change.

English version below.

L’ambition du projet FOCE* tient dans sa solution technique innovante. Simuler au fond de l’océan les conditions chimiques produites par l’augmentation du CO2 était un véritable défi scientifique et technologique. Un défi relevé par William Kirkwood, ingénieur au Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI), en Californie et qui gère le projet FOCE. Il nous livre son expérience.

Vous êtes à l’origine de la solution technique du projet FOCE, qu’est-ce qui vous a permis d’avancer ?

Le challenge était d’élaborer un système fiable capable de fonctionner à différentes profondeurs sous la surface des océans. Il fallait que le flux de CO2 soit apporté très précisément pour pouvoir ajuster finement le pH final localement. Ce qui nécessite un système de régulation permanent. La solution, complexe, tient dans l’approche interdisciplinaire. C’est d’ailleurs là l’objectif de notre Institut, le MBARI, fondé par David Packard : faire travailler ensemble ingénieurs et scientifiques autour des questions liées à l’océan. La collaboration particulièrement fructueuse que nous menons avec Peter Brewer sur ce projet depuis plusieurs années l’illustre parfaitement.

Quelles sont vos relations avec les autres scientifiques de la communauté FOCE ?

Initialement, David Kline, de l’Institut Scripps de l’Université de Californie, et Jean-Pierre Gattuso, du Laboratoire d’océanographie de Villefranche, nous ont contacté afin de mener des expériences avec le même système technique FOCE que celui que nous avions mis au point. Vu la nécessaire adaptation à un environnement propre, je leur ai proposé de collaborer pour les aider à réaliser un système adapté à leurs conditions particulières.

Il leur fallait impérativement un ingénieur dans chacune de leur équipe pour le développement. J’ai aidé David à recruter un ingénieur pour son projet cpFOCE sur la Grande Barrière de corail ; et j’ai proposé à l’un de mes anciens étudiants de l’Université Santa Clara, Paul Mahacek, de rejoindre l’équipe de Jean-Pierre Gattuso, à Villefranche-sur-Mer. Tous deux ont fait merveille !

Quel est l’état d’avancement des projets FOCE auxquels vous collaborez ?

Grâce à ce système technique, partagé par les différentes équipes scientifiques, les expériences menées dans les différentes mers du globe sont toutes basées sur le même principe et sont régies par les mêmes lois. Ainsi nous aurons des résultats directement comparables. Mais il faut adapter notre système à la diversité des écosystèmes marins : profondeur, pression, température de l’eau, etc.

Après avoir mis au point le système au MBARI, nous passons maintenant à la phase de transfert de technologie. Car il faut apprendre à utiliser cet équipement, un peu comme apprendre à conduire une voiture. Nous échangeons, nous partageons les retours d’expérience, nous nous entraidons. Nous sommes en train de créer une ressource en accès libre pour tous les chercheurs « xFOCE ». Aujourd’hui notre force est d’être une véritable communauté.

FOCE: an outstanding example of interdisciplinary collaboration

The strength of the FOCE* project lies in its innovative technical solution. It was a daunting scientific and technological challenge to simulate, on the ocean bottom, the chemical conditions produced by increasing CO2 levels. This challenge was taken up by engineer, William Kirkwood, who manages the FOCE project at the Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI) in California. He recounts his experience in the interview below.

You were responsible for developing the FOCE project’s technical solution; how did you proceed?

The challenge was to develop a reliable system that would function at different depths under the ocean surface. We needed to provide a very precise flow of CO2 to be able to accurately adjust pH locally. This requires a continuous regulation system. The solution is complex but made easier using an interdisciplinary collaborative approach. The mission of our Institute (MBARI), founded by David Packard, is to bring engineers and scientists together around ocean-related issues like this. On this project, with Dr. Peter Brewer, the collaboration has been particularly fruitful over the last several years and illustrates the interdisciplinary approach perfectly.

What are your relations with the other scientists of the FOCE community?

Initially, David Kline from University of Queensland, now the University of California Scripps Institute, and Jean-Pierre Gattuso from the Villefranche Oceanography Laboratory approached us about conducting experiments using the same FOCE technology system that we had developed. Due to their unique environments, I suggested we collaborate and that I would help them achieve their goals to develop a system suited to each particular condition. They still required an engineer on each of their teams to do the development work. I was able to help David recruit an engineer for his cpFOCE on the Great Barrier Reef and I suggested that an former student of mine from Santa Clara University, Paul Mahacek, join Jean Gattuso’s team in Villefranche-sur-Mer.

Both have worked out wonderfully. How much progress has been made on the FOCE projects on which you are collaborating?

Thanks to this technical system shared by the various scientific teams, the experiments being conducted in the different oceans of the world are all based on the same principle and governed by the same laws. This ensures that we will have directly comparable results. But we need to adapt our system to the diversity of marine ecosystems (i.e. depth, pressure, water temperature, etc.). After finalising the system at MBARI, we are now moving on to the technology transfer phase. Learning to use this equipment is a little bit like learning to drive a car. So we are exchanging information, sharing the lessons learned and helping each other out. We’re creating an open resource for the research community in xFOCE. Today, our strength stems from a real sense of community.

Les océans s’acidifient avec l’augmentation du CO2 dans l’atmosphère. C’est aujourd’hui une certitude, mais peut-on en évaluer les conséquences sur les écosystèmes marins ? Peter Brewer, scientifique à l’origine du projet FOCE* au Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI), en Californie, explique pourquoi il est urgent d’obtenir des données scientifiques solides en la matière.

Comment le projet FOCE est-il né ?

Je suis chimiste de formation. Sachant que le CO2 présent dans l’atmosphère est en partie absorbé par les océans, j’ai supposé, il y a quelques années, que l’augmentation des rejets de CO2 pouvait modifier la chimie des eaux marines jusqu’à un point encore jamais vu.

La recherche en physique, en chimie et en biologie des océans corrélée à l’augmentation du niveau de CO2 est restée basique pendant l’essentiel du XXe siècle ; probablement à cause du fait que c’est un milieu qui est resté stable durant des milliers d’années. Aussi avons-nous très peu de données sur toutes les variables océaniques associées à la hausse du CO2. Il nous faut donc développer la recherche. Lorsque nous avons fait les premières expériences d’enrichissement de CO2 dans les grandes profondeurs de l’océan, calquées sur les expériences menées sur terre, cela semblait techniquement irréalisable, et certainement fou ! Mais au final ces résultats préliminaires ont effectivement pointé le fait, auprès des scientifiques et du grand public, que le la vie marine pourrait être impactée.

Néanmoins, il fallait des données scientifiques irréfutables pour envisager les conséquences à long terme sur la vie marine plus près de nos côtes. De là nous avons imaginé le projet FOCE : utiliser l’océan comme un laboratoire naturel, en simulant très précisément l’augmentation du CO2 dans un écosystème et en en étudiant les conséquences.

Peut-on déjà prévoir ce qui va se produire dans les années à venir ?

Les grands changements dans l’océan vont être la température, la teneur en oxygène et en CO2. Des changements qui ont commencé à affecter sa chimie et sa physique. Or les êtres vivants se développent dans des conditions bien déterminées. Ils n’ont qu’une fenêtre étroite pour vivre, une combinaison de pression, de température, d’oxygène et d’abondance de nourriture. Des déplacements de populations sont déjà observés. On peut d’ailleurs imaginer que certaines zones seront plus affectées que d’autres. Ainsi, le réchauffement aura probablement plus d’impact dans les eaux froides de l’Arctique que dans les mers chaudes. Avec ces évolutions rapides, les règles que nous connaissions ne s’appliquent plus. Alors que nos frontières nationales restent fixes, la vie sous-marine se déplace, modifiant la pêche et défiant notre assurance de pouvoir toujours compter sur ces ressources. C’est bien pourquoi il est urgent d’en étudier tous les paramètres.

Qu’espérez-vous avec les premiers résultats des mesures ?

Éveiller les consciences ! Les gens ne croient que ce qu’ils voient. Nous avons réalisé qu’il fallait utiliser nos résultats pour informer la société. Apparemment c’est encore insuffisant de dire que les océans absorbent un quart du CO2 rejeté par les activités humaines, soit 1 million de tonnes de CO2 par heure ! C’est énorme, mais à plus long terme, on estime que 85 % du CO2 émis par les activités humaines seront dissous dans les océans. Cela promet un dérèglement total de tous les écosystèmes.

En pratiquant une discipline expérimentale, dont les résultats sont factuels, nous obligeons les politiques à empoigner la réalité et à en anticipe les conséquences. C’est très utile !

* FOCE : Free Ocean Carbon Dioxide Enrichment (FOCE)

Establishing the scientific truth about ocean acidification and raising public awareness

The acidity of the oceans is increasing from absorption of the increasing amounts of CO2 being released into the atmosphere. We are now certain about this, but can we assess the impact on marine ecosystems? Peter Brewer, the scientist who initiated the FOCE* project at the Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI) in California, explains why it is urgent to obtain solid scientific data in this regard.

How did the FOCE project come into being?

I was trained as a chemist. Knowing that the CO2 in the atmosphere is partially absorbed by the oceans, I hypothesized several years ago that the increase in CO2 emissions could modify the chemistry of sea water to a degree that was outside the range of human experience.

Research in marine physics, chemistry and biology associated with increasing CO2 remained rudimentary for most of the 20th century, probably due to the fact that this environment has been stable for thousands of years. Moreover, we have very little data on the different ocean variables associated with a CO2 increase, which is why we need to do more research. When we did the first carbon dioxide enrichment experiments on the deep ocean bottom, modelled on the experiments carried out on land, it seemed technically unfeasible and just a tad insane! But in the end these preliminary results did indeed illustrate to the scientific community and the public that marine life could be impacted.

We needed irrefutable scientific data, however, to determine the long-term impact of these changes on marine life closer to our shores. From there, we designed the FOCE project, using the ocean as a natural laboratory by precisely simulating the CO2 increase in an ecosystem and exploring its consequences.

Can we already project what will happen in coming years?

The major changes in the ocean are going to concern temperature, along with the oxygen and CO2 content of the water. These changes have already begun to affect marine chemistry and physics. We know that living creatures develop under well-defined conditions. The range of conditions conducive to life is quite narrow: a combination of pressure, temperature, oxygen and available food. Displacement of populations is already being observed. It is reasonable to assume that certain areas will be more affected than others. For example, warming will probably have more impact on the cold waters of the Arctic than in warm seas. With these rapid developments, the rules we are familiar with no long apply and while national boundaries remain fixed the marine life off our shores is on the move, changing fisheries and challenging human’s reliance on seafood. That is why it is urgent to study all the parameters.

What are you hoping for from the initial measurement results?

To raise awareness! People only believe what they see. We realised that we needed to use our results to inform society. Apparently, it is not enough to say that the oceans absorb one quarter of the CO2 released by human activities, or 1 million tons of CO2 per hour! That’s an enormous amount, but in the longer term, it is estimated that 85% of the CO2 emitted by human activities is dissolved in the oceans. This threatens total disruption of all ecosystems.

Through the practice of an experimental discipline, which provides factual results, we are forcing policy-makers to grasp the truth, and anticipate what the consequences will be. This is highly useful!

* FOCE: Free Ocean Carbon Dioxide Enrichment (FOCE)

(English version below)

Les océans deviennent de plus en plus acides. En cause, le CO2 libéré en quantité croissante par les activités humaines. Pour comprendre l’impact de ce phénomène sur les écosystèmes marins, les scientifiques s’organisent autour de la planète. Comme en Europe, où le projet eFoce, soutenu par la Fondation BNP Paribas, fédère plusieurs équipes autour du Laboratoire d’océanographie de Villefranche. Avec un système open source conçu par des chercheurs californiens et un maillage international, une nouvelle communauté scientifique émerge.

Un quart du CO2 libéré par les activités humaines et qui s’accumule dans l’atmosphère est absorbé par les océans, provoquant une baisse de leur pH. Cette acidification menace de perturber l’équilibre des écosystèmes. En dissolvant le calcaire normalement présent dans les eaux océaniques, elle met en danger les organismes qui l’utilisent pour construire leur squelette ; d’un autre côté, certaines algues qui métabolisent le CO2 pour leur croissance pourraient prendre le dessus. Les scientifiques tentent de quantifier précisément cet impact. Ils sont face à un véritable défi technologique : installer un laboratoire dans les fonds sous-marins pour mesurer l’effet de l’acidification des océans sur les espèces qui y vivent.

Le concept FOCE

Les expériences habituellement menées sont réalisées en laboratoire sur des organismes en aquarium, isolés de leur milieu naturel. Mais ces conditions artificielles ne peuvent pas rendre compte de la complexité des échanges dans les écosystèmes sous-marins.

Une solution nouvelle germe en 2003, au Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI), en Californie. S’inspirant des expériences faites sur les plantes terrestres, Peter Brewer, chercheur spécialisé en chimie marine, crée un nouveau concept technologique : l’étude directe au fond de l’océan des effets de l’acidification sur les organismes marins par enrichissement local de l’océan en CO2. Ce qu’il nomme « FOCE », pour Free Ocean CO2 Enrichment.

Une solution technique innovante

Depuis, grâce à une collaboration étroite entre scientifiques et ingénieurs, l’équipe du MBARI, menée par Peter Brewer et William Kirkwood , a mis au point un dispositif submersible complexe. Une enceinte ouverte, posée sur les fonds océaniques et reliée à une station relais immergée, apporte localement un flux de CO2 très régulé, recréant en son centre une acidification contrôlée des eaux. Les biologistes peuvent ainsi étudier l’effet produit in situ sur les espèces marines dans leur milieu naturel.

Une technologie open source

Le MBARI met aujourd’hui à disposition de la communauté scientifique son expertise et sa technologie pour en faire un système open source, appelé « xFOCE ». Un apport technique et un gain de temps considérables pour les chercheurs qui, sur différents continents, souhaitent mesurer les effets de l’acidification des océans. Reste à chacune des équipes à adapter ce dispositif de base à l’environnement étudié (profondeur, température, salinité, etc.).

Sous l’impulsion du MBARI, la communauté xFOCE est donc née. Sous toutes les latitudes les scientifiques démarrent les projets : aux États-Unis (deep FOCE), en Australie (cp-FOCE), en Europe (eFOCE), en Antarctique (antarctic FOCE). Un partage d’expérience qui favorise les améliorations techniques et porte déjà ses fruits. Les premiers résultats, obtenus sur la Grande Barrière de corail, ont été publiés dans la prestigieuse revue Nature en mai 2012. La démonstration de l’efficacité du système conçu.

The emergence of a scientific community with “xFOCE”

The acidity of the oceans is increasing. CO2, released in great amounts by human activity and partly captured by the world’s seas, is implicated. Scientists are now getting organised in an effort to understand the impact of this phenomenon on marine ecosystems, for they are facing a daunting technological challenge: they must set up a laboratory on the seabed to measure the effect of ocean acidification on the species living there.

A quarter of the CO2 released by human activity, which builds up in the atmosphere, is absorbed by the oceans, causing a drop in their pH. This acidification threatens to disrupt the balance of ecosystems. By dissolving the calcium carbonate normally present in ocean waters, it endangers organisms that use it to build their skeletons; at the same time, certain algae that metabolize CO2 to grow could gain the upper hand. Scientists are trying to accurately quantify this impact.

The FOCE concept

Experiments are customarily performed in the laboratory on organisms isolated from their natural environment in aquariums. But these artificial conditions cannot account for the complexity of the exchanges in underwater ecosystems.

A new solution began to take shape in 2003, at the Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI), in California. Inspired by experiments on terrestrial plants, marine chemistry researcher Peter Brewer invented a new technological concept: the direct study of the effects of acidification on marine organisms on the seabed by enriching the ocean waters locally with CO2, what he calls “FOCE”, for Free Ocean CO2 Enrichment.

An innovative technical solution

Since then, the MBARI team, in a collaborative effort between scientists and engineers led by Peter Brewer and William Kirkwood, has developed a complex submersible system. An open enclosure, placed on the seabed and connected to a submerged relay station, provides a highly regulated local flow of CO2, recreating controlled acidification of the water within its confines. This means that biologists can study the effect produced in situ on marine species in their natural environment.

An open source technology

MBARI is now making its expertise and technology available to the scientific community at large as an open source system known as “xFOCE”, thus giving researchers on various continents, who wish to measure the effects of ocean acidification, a substantial technical head start. It will be up to each of the teams to adapt this basic system to the environment studied (in terms of depth, temperature, salinity, etc.).

An xFOCE community has thus come into being under the leadership of MBARI. Scientists are starting projects in all latitudes: in the United States (deep FOCE), Australia (cp-FOCE), Europe (eFOCE) and Antarctica (Antarctic FOCE). This sharing of experience designed to foster technical advances is already bearing fruit. The initial results, obtained on the Great Barrier Reef and published in the prestigious journal Nature in May 2012, provide a convincing demonstration of the system’s efficacy.

Le projet « Accès aux Archives du Climat »

De nombreuses données météorologiques sont entreposées à Fontainebleau. En partenariat avec la Fondation BNP Paribas, Météo France et les Archives Nationales ont lancé le projet « Accès aux Archives du Climat ». Il s’agit de dépoussiérer et désamianter les kms d’archives sur le climat entreposées dans des bâtiments qui tombent en ruine. (Lisez ici un article consacré à ce sujet)

Cet accès aux archives est primordial car il permet d’avoir une vision historique des phénomènes météorologiques. En effet, la variabilité du climat oblige à se fonder sur des périodes longues (plus de 30 ans) pour établir des tendances fiables. Car pas une décennie ne ressemble à une autre : c’est ce qu’on appelle la « respiration du système climatique ».

L’abondance des données historiques sur le climat

Au cours de l’Histoire, les progrès en agriculture, en navigation ou en aviation ont été possibles grâce à la compréhension des phénomènes météorologiques, notamment pour anticiper certains risques (tempête, sécheresse,…). Aussi, nombre de mesures ont-elles été réalisées depuis des siècles.

Ainsi, dans le domaine agricole, une carte de France datant de la fin du XIXème siècle avec les dates de la moisson de l’orge de printemps ou une autre recensant les 1ers chants du coucou donnent des indications sur le climat à une époque donnée. Mais les sources d’information sont infinies : fermeture d’une école pour intempérie, journal d’un médecin du début du XIXème siècle qui s’intéressait à la météo…

La France dispose ainsi d’informations climatologiques historiques au sein de l’hexagone, mais aussi dans le monde, grâce à des observatoires situés dans les colonies et dans les DOM TOM.

Cette profusion de données ne doit pas faire oublier que certaines mesures, comme par exemple les migrations d’oiseaux, ne sont plus réalisées de façon aussi systématique qu’elles le furent par le passé, et il faut parfois faire appel à l’intérêt de nos concitoyens et les mobiliser pour obtenir des éléments (science participative).

Des méthodes de mesure très diverses

Le problème réside dans la diversité des méthodes employées pour réaliser ces mesures. Disposer de données est important, encore faut-il qu’elles aient été récoltées grâce à un protocole identique. Or il n’en est rien. Par exemple, les mesures de la température des océans ont été réalisées successivement en plongeant un seau dans l’eau à une certaine profondeur, puis en la faisant passer dans une machine de mesure avec un moteur (chaud), et aujourd’hui grâce à la radiométrie par satellite ! Les écarts entre les mesures sont ainsi faussés et les erreurs qui en résultent sont bien souvent du même ordre de grandeur que les évolutions que l’on cherche à mesurer.

L’enjeu est donc de déterminer les méthodes de chaque mesure prise, d’analyser toutes les données en connaissance de cause, de les croiser, et de les intégrer dans des modèles de climat de mieux en mieux maîtrisés. Il s’agit de tout remettre à plat, afin d’être irréprochable et de ne pas alimenter les théories climato-sceptiques. C’est un travail colossal.

Le but est ensuite de synthétiser les enjeux climatologiques de manière à ce qu’ils soient accessibles aux élus et au grand public. Le recours à des présentations claires, des visuels marquants, la mise en place d’ateliers pédagogiques, telles sont les solutions proposées par Philippe Dandin.

Cliquez ici pour accéder à la présentation de Philippe Dandin.

Rendez-vous l’année prochaine pour le prochain Forum International de la Météo et du Climat!

10ème Forum International de la Météo et du Climat (28 mars – 1er Avril à Paris)

« La mémoire du climat : Des carottes de poussières pour éclairer le futur », tel est l’intitulé de la conférence que Philippe Dandin, Directeur de la Climatologie de Météo-France, donnera à Paris, sur le parvis de l’Hôtel de ville, le jeudi 28 mars !

Ce sera l’occasion de découvrir les enjeux du projet « Accès aux Archives du Climat » soutenu par le programme Climate Initiative de la Fondation BNP Paribas : comprendre l’histoire du climat grâce aux archives pour mieux anticiper son évolution.

Cette intervention se tiendra lors de la journée de formation « Evénements météorologiques extrêmes et changement climatique : hier, aujourd’hui, demain« , organisée dans le cadre du 10ème Forum International de la Météo et du Climat.

Cette formation est destinée à tous les enseignants et animateurs désireux de mettre en place des activités pédagogiques avec leurs élèves sur les thèmes de la météorologie, du climat et du développement durable.

Retrouvez le détail des animations et ateliers thématiques proposés lors des 5 jours du 10ème Forum International de la Météo et du Climat en cliquant ici.

10ème édition de la Journée de l’Environnement (28 mars à Beauvais)

Venez fêter à Beauvais (60) la Xème Journée de l’Environnement de l’Institut Polytechnique de Beauvais La Salle. Elle portera cette année sur « les changements climatiques ».

Alice Dalphinet, responsable de la climatologie et des études pour la direction interrégionale Nord de Météo-France, y présentera le projet « Accès aux Archives du Climat », à la suite des interventions d’Hervé Le Treut, directeur de l’Institut Pierre Simon Laplace, et de Gilles Bœuf, directeur du Muséum national d’Histoire naturelle.

Cette journée sera aussi animée par Jean-Paul Vomorin, caricaturiste, qui réalisera en direct quelques dessins humoristiques sur les sujets abordés.

Plus d’information en suivant ce lien.

English version below.

Quelles seront les conséquences à long terme de l’acidification des océans sur les écosystèmes marins? C’est ce que l’équipe du projet eFOCE souhaite éclaircir en menant des expériences de longue durée en milieu naturel.

Découvrez des extraits du film de Jean-Yves Collet sur le projet eFOCE, soutenu par la Fondation BNP Paribas.

eFOCE: video of a life-size project !

What will be the consequences of oceans’ acidification on marine ecosystems? This is what the eFOCE project’s team aims at determining by leading long-term experiments in a natural environment.

Watch an overview of the film by Jean-Yves Collet about the eFOCE project, funded by the BNP Paribas Foundation.

Le dioxyde de carbone (CO2) est reconnu comme l’acteur principal du changement climatique. Il circule dans l’atmosphère, les océans et la végétation, entre lieux d’émissions et d’absorption. Identifier ces flux à la surface du globe et les expliquer au grand public est un enjeu de taille aujourd’hui. Un enjeu auquel se propose de répondre le Global Carbon Atlas, l’un des volets d’un projet plus large, le Global Carbon Project, qui vise à connaître aussi précisément que possible le cycle du carbone à l’échelle de la Terre.

Depuis l’ère industrielle, les émissions de CO2 proviennent des activités humaines, notamment de la combustion des énergies fossiles. La moitié des émissions se retrouve dans l’atmosphère, un quart est dissous dans les océans tandis que le dernier quart est absorbé par la végétation via la photosynthèse.

Mais on connaît mal aujourd’hui la distribution géographique des absorptions et des émissions ; on en sait peu sur les forêts et les bassins océaniques qui stockent le carbone. De nombreux travaux de recherche sont menés depuis une vingtaine d’années pour essayer d’améliorer le diagnostic des flux de CO2 à la surface du globe, tout comme celui des autres gaz à effet de serre.

Les émissions de CO2 fossile sont très concentrées sur les villes et les centrales thermiques, donc sur une toute petite fraction du territoire mondial. En revanche, les puits de CO2 sont beaucoup plus diffus. Sur les continents, ils correspondent généralement aux zones de végétation et sont par conséquent absents des déserts et des régions polaires. Dans l’océan, les puits de CO2 se trouvent au niveau des régions froides, où les eaux de surface se mélangent avec les eaux profondes.

Des puits de carbone en diminution

Les flux de CO2 ont la caractéristique d’être très différents d’une région à l’autre : certaines régions sont des puits, d’autres sont émettrices de CO2. Autre particularité qui complique la tâche des scientifiques : ces flux sont influencés par le climat et ses variations, ainsi que par la gestion des écosystèmes par l’homme. Lors des périodes de sécheresse, par exemple, la végétation absorbe moins de CO2. Ainsi, d’une année sur l’autre, les flux naturels sur les continents peuvent varier de manière considérable. Un paramètre supplémentaire à mettre dans la balance est la déforestation. Il semble toutefois que la déforestation dans les pays tropicaux se soit ralentie au cours des dernières années.

Pour prédire l’évolution des flux de CO2, les scientifiques s’appuient donc sur des modèles numériques qui prennent en compte de nombreux paramètres. À ce jour, les calculs se rejoignent sur le fait que le prochain siècle verra probablement une diminution des puits de carbone, créant en quelque sorte un effet de serre supplémentaire par atténuation de l’absorption naturelle. Néanmoins, les incertitudes sont encore très grandes.

En offrant une représentation graphique des meilleures mesures et résultats de modèles de la communauté scientifique, le Global Carbon Atlas devrait être une contribution majeure à la connaissance des flux de CO2 à la surface du globe. Une manière d’appréhender rationnellement les flux naturels de carbone, beaucoup plus diffus et fluctuants que les émissions humaines de CO2 fossile.

CO2: a delicate balance between emissions and natural absorption

Carbon dioxide (CO2) is recognized as the major factor in climate change. It circulates in the atmosphere, the oceans and the plant world, between sites of emission and absorption. Identifying these flows on the planet’s surface and explaining them to the broad public is a major challenge today. It is a challenge being taken up by the Global Carbon Atlas, one of the components of  a larger project, the Global Carbon Project, that aims at developing a complete picture of the global carbon cycle.

Since the industrial revolution, human activities have produced CO2 emissions, especially the burning of fossil fuels. Half of these emissions can be found in the atmosphere, one quarter is dissolved in the oceans, while the remaining quarter is absorbed by plants through photosynthesis.

But little is known today about the geographic distribution of absorption and emission, and little is known about the ocean basins and forests that store carbon. Much research has been conducted over the past twenty years to try to improve the diagnosis of CO2 flows around the Earth’s surface, as well as those of other greenhouse gas emissions.

Fossil CO2 emissions are highly concentrated in cities and power plants, and thus on a tiny fraction of the planet’s surface. In contrast, CO2 sinks are much more diffuse. On land, they generally correspond to zones of vegetation and are therefore not found in deserts and polar regions. CO2 sinks in the oceans are found in cold regions, where the surface waters mix with deeper waters.

The decline in carbon sinks

By their very nature CO2 flows vary greatly from one region to another: some regions are sinks, others are emitters of CO2. Another feature that complicates the work of scientists is that these flows are influenced by variations in the climate and by the way humans manage ecosystems. During periods of drought, for example, the vegetation absorbs less CO2. The natural flow on the continents can thus vary significantly from one year to the next. An additional parameter to throw into the equation is deforestation, Although it seems that deforestation in tropical countries has been slowing in recent years.

To predict the evolution of CO2 flows, scientists therefore rely on computer models that take into account a great many parameters. At this point, the calculations agree on the fact that the next century will probably see a decrease in carbon sinks, creating a sort of additional greenhouse effect by attenuating natural absorption. However, a great deal of uncertainty remains.

By providing a graphical representation of the best measurements and results of the scientific community’s models, the Global Carbon Atlas should make a major contribution to knowledge about CO2 flows around the Earth’s surface. It is a means of rationally understanding the natural flows of carbon, which are much more diffuse and fluctuating than human emissions of fossil CO2.