PETRI-MED

Biodiversité du plancton en mer Méditerranée

Présentation

Les écosystèmes marins ont connu des changements majeurs ces dernières années, principalement dus au changement climatique et aux activités humaines. Ces changements se traduisent par des variations des principales propriétés de l’eau, telles que la température, la profondeur de la couche de mélange, le pH et la circulation, qui influencent à leur tour la biologie et l’écologie marines. 

Dans ce contexte, le phytoplancton est considéré comme un indicateur clé de l’état des écosystèmes, agissant à la fois comme un indicateur et comme un moteur des conditions environnementales :

• Il est façonné par des facteurs tels que la disponibilité des nutriments et de la lumière, la température et l’alcalinité de l’eau de mer, ainsi que par des interactions physiques et biologiques, 

• tout en constituant le fondement des réseaux trophiques marins et en régulant les principaux cycles biogéochimiques, notamment ceux du carbone, de l’azote, du soufre et de la silice. 

Par conséquent, les modifications de la structure des communautés phytoplanctoniques, en raison de leur grande sensibilité aux facteurs de stress environnementaux, peuvent entraîner des perturbations importantes des cycles élémentaires, tant à l’échelle locale qu’à l’échelle mondiale.

La solution PETRIMED

PETRI-MED vise à développer des stratégies novatrices pour déterminer et surveiller l’état et les tendances spatio-temporelles de la composition et de la fonction des communautés de plancton microbien à partir d’observations satellitaires. Le projet se concentrera sur la mer Méditerranée, largement reconnue comme l’un des plus importants « hotspots » de biodiversité marine et côtière au monde, fournissant des services écosystémiques et culturels essentiels à des millions de citoyens.

Méthodologie

PETRI-MED s’appuie principalement sur les observations satellitaires de la couleur de l’océan (OC) pour étudier la diversité et la structure des communautés phytoplanctoniques. Si les données OC ont permis d’obtenir des produits tels que les types fonctionnels de phytoplancton, les classes de taille et les indicateurs basés sur les pigments, les approches actuelles d’observation de la Terre restent limitées par de grandes incertitudes, en particulier lorsque les concentrations de phytoplancton sont faibles, ainsi que par les capacités spectrales restreintes des capteurs multispectraux existants. Bien que les charges utiles satellitaires actuelles soient bien adaptées à l’estimation des principaux constituants optiquement actifs (par exemple, la chlorophylle a, la matière organique dissoute colorée cDOM, les matières en suspension), la caractérisation de la biodiversité du phytoplancton nécessite l’intégration de variables environnementales auxiliaires. 

Le projet répond à ce défi en combinant des ensembles de données satellitaires de pointe (Sentinel-3, ESA OC-CCI) avec des modèles biogéochimiques, la modélisation de la circulation marine et des techniques génomiques. Les modèles fournissent des informations clés sur les facteurs environnementaux déterminants de la biodiversité à plusieurs échelles spatiales et temporelles, tandis que la génomique — grâce au métabarcoding et à la métagénomique — permet une caractérisation taxonomique et fonctionnelle fine des communautés de plancton microbien. Ensemble, ces approches intégrées visent à améliorer les indicateurs de biodiversité basés sur l’observation de la Terre, à étendre la surveillance optique au bactérioplancton et à mieux comprendre le fonctionnement et la santé des écosystèmes marins. Les nouveaux algorithmes seront utilisés pour évaluer les principaux schémas spatio-temporels de la biodiversité du plancton et comprendre leur relation avec les forçages naturels et anthropiques, ainsi qu’avec le changement climatique. 

Site(s) d’application

La mer Méditerranée

Données

Satellite

• Produits multi capteurs du service Copernicus Marine intégrant des données provenant de SeaWiFS, MODIS-Aqua, MERIS, VIIRS et Sentinel-3 OLCI.

Autres

• Produits de réanalyse biogéochimiques et physiques du service Copernicus Marine, 

• Omiques : Données de métabarcoding et de métagénomique. 

Résultats - Produit(s) final(aux)

Parmi les résultats attendus du projet PETRI-MED figurent le développement et la validation de plusieurs indicateurs liés à la santé des écosystèmes marins et à la biodiversité du plancton. Il s’agit notamment d’un indice de diversité alpha pour le plancton, basé sur l’indice de Shannon, combinant des informations sur les groupes de phytoplancton issues d’observations satellitaires de la couleur de l’océan. Le projet mettra également au point un indicateur de fonction écosystémique basé sur des gènes fonctionnels spécifiques liés à des processus tels que la biosynthèse de l’acide domoïque et le cycle du phosphore. Ces indicateurs s’appuieront sur la radiométrie optique par satellite et sur des algorithmes locaux. 

► Cartes prévisionnelles de la diversité de la communauté procaryote selon l’indice de Shannon pour 2021. Les couleurs plus chaudes (jaune) indiquent une diversité prévue plus élevée, tandis que les couleurs plus froides (du bleu au violet) indiquent une diversité prévue plus faible. A : Carte de la diversité moyenne annuelle de la communauté procaryote (indice SDI du gène 16S rRNA) en mer Méditerranée. Cette carte a été générée en appliquant un modèle XGBoost entraîné à des prédicteurs environnementaux quotidiens, puis en calculant la moyenne des prévisions sur l’année.  B : Cartes de la diversité moyenne saisonnière de la communauté procaryote, calculées selon la même approche que dans le panneau A, mais en faisant la moyenne pour l’hiver (JFM ; en haut à gauche), le printemps (AMJ ; en haut à droite), l’été (JAS ; en bas à gauche) et l’automne (OND ; en bas à droite).

© Reproduced from Marchese et al., "Machine learning-driven mapping of prokaryotic community diversity in the Mediterranean Sea using omics, earth observation, and model data," Ecological Informatics, vol. 95, 2026, Article 103747, under the applicable CC BY license.

🌍 Les modèles sont spécifiquement adaptés à la mer Méditerranée. Toutefois, leur méthodologie et leur architecture globales peuvent être transposées à d’autres régions, à condition que des données in situ suffisantes soient disponibles pour l’apprentissage, la vérification et la validation des modèles.

Plus d’informations sur https://petri-med.icm.csic.es 

Références

Marchese, C, Zoffoli, M.L., Ramond, P.-E., Logares, R., Bouget, Galand, P., Tinta, T., Orel, N., Volpe, G., Landolfi, A., Organelli, E., Machine learning-driven mapping of prokaryotic community diversity in the Mediterranean Sea using omics, earth observation, and model data, Ecological Informatics (95) 103747, 2026, https://doi.org/10.1016/j.ecoinf.2026.103747.

Projet(s) lié(s)

• Sur la biodiversité marine
  • SCO BioEOS : surveillance et caractérisation la dynamique spatiotemporelle de la biodiversité côtière
• Sur la Méditerranée
  • SCO AIonWetlands : surveillance et cartographie par satellite des zones humides méditerranéennes