Qu’est-ce que la chlorophylle a et pourquoi est-il important de la quantifier ?

La chlorophylle a est un pigment qui est présent dans toutes les cellules végétales. C’est grâce à la chlorophylle a que les plantes sont vertes ! Ce pigment est à la base du processus de photosynthèse car il permet de capter la lumière du soleil. En effet, la photosynthèse permet aux végétaux de transformer le dioxyde de carbone (CO₂) en matière organique grâce à la lumière et à la chlorophylle a. Environ 100 milliards de tonnes de carbone seraient assimilées chaque année par les organismes photosynthétiques, dont 50% par le phytoplancton ! En océanographie, la chlorophylle a nous renseigne sur la quantité de phytoplancton présent dans l’océan. En effet, plus il y a de phytoplancton, plus il y a de chlorophylle a.

Comment la mesure-t-on avec un capteur ?

La concentration en chlorophylle a peut être mesurée grâce à un capteur mesurant la fluorescence appelé fluorimètre. Lorsqu’une molécule de chlorophylle a absorbe de la lumière (bleue), elle passe à un état excité. La molécule doit alors se désexciter car l’état excité est instable. Une des voies de désexcitation de la chlorophylle a est l’émission de fluorescence, c'est-à-dire l’émission de lumière rouge. Le fluorimètre envoie donc une lumière bleue dans un échantillon d’eau de mer et mesure l’intensité de la fluorescence (lumière rouge) produite. Finalement, plus il y a de chlorophylle a dans l’eau, plus la mesure de fluorescence est élevée.

Exemples typiques

• Profils verticaux

Le phytoplancton a besoin de lumière et de nutriments pour se développer. La lumière se trouve en surface et décroît en profondeur, tandis que les nutriments sont en concentration plus élevée en profondeur.
 
Dans le cas où la colonne d’eau est stable, la forme du profil de chlorophylle a correspond au meilleur compromis entre la disponibilité en nutriments et en lumière. En surface, il n’y a pas assez de nutriments pour que le phytoplancton se développe. En profondeur, la lumière devient un facteur limitant. L’essentiel de la biomasse se trouve alors dans une couche intermédiaire optimale où il y a à la fois assez de lumière et de nutriments. Il se forme alors un maximum profond de chlorophylle a (DCM, pour Deep Chlorophyll Maximum en anglais; Fig 1).

Dans le cas où la colonne d’eau est mélangée (par de forts coups de vent par exemple), tout ce qu’il y a dans la couche supérieure est alors mélangé et homogénéisé (Fig 2). Le phytoplancton est mélangé dans toute la couche de mélange et la concentration en chlorophylle a devient homogène au sein de cette couche. L’approfondissement de la couche de mélange permet l’approvisionnement de la surface en nutriments. Toutefois l'éclairement moyen reçu par le phytoplancton dans la couche de mélange n'est pas suffisant et le phytoplancton ne pourra utiliser les nutriments présents qu'au retour de conditions plus calmes (stratifiées), au printemps.

• Distribution spatiale : Image satellite de la concentration en chlorophylle a de surface
La distribution spatiale de la concentration en chlorophylle a mondiale peut être obtenue grâce aux images satellites couleur de l’eau. Le capteur SeaWiFS est un capteur satellitaire qui a mesuré la chlorophylle a chaque jour à la surface du globe de septembre 1997 à décembre 2010. Grâce à ces mesures, il est possible d’obtenir une carte moyenne annuelle de la concentration en chlorophylle a dans tous les océans du globe. La chlorophylle a de surface varie entre 0.01 et 15 mg m^-3. Les grandes zones subtropicales où il y a peu de chlorophylle a sont appelées déserts marins.

Moyenne annuelle de la concentration en chlorophylle a de surface des océans
mesurée par le capteur satellitaire SeaWiFS (1997-2010) – Source : http://oceancolor.gsfc.nasa.gov