2 - Collecter l'ADN du plancton, Programme PlanktoSpace

PlanktoSpace est un programme de recherche de Plankton Planet, lancé en 2025, financé par la NASA et l’ESA et mené en coordination avec la mission spatiale PACE. Ce programme utilise un réseau mondial de navires d’opportunité, dont le voilier Vela comme bateau pilote, pour collecter des mesures génétiques standardisées de la biodiversité planctonique.

Équipe : Colomban de Vargas, directeur de recherche CNRS - Emmanuel Boss, chercheur Maine University - Lola Daboussy, ingénieure Plankton Planet - Noan le Bescot, ingénieur de recherche SeaLab X.

Objectifs

Objectif — Relier biodiversité planctonique et observations satellitaires.

L'objectif du programme est de déployer des outils à bord de navires d'opportunité, pour mesurer la biodiversité planctonique (ADN du nano au micro-plancton, données dites -omics) à l'échelle globale et la corréler aux observations satellitaires.

Combinées aux mesures hyperspectrales et polarimétriques des satellites PACE, Sentinel-2, Sentinel-3 et les données du programme OC-CCI, ainsi qu’aux données HyperSpectral in situ collectées par Vela (Projet de recherche 1), les données -omics permettront de développer et valider de nouveaux algorithmes capables d’estimer depuis l’espace la composition biotique des écosystèmes marins. L'approche permettra ainsi de suivre l’évolution de la biodiversité planctonique depuis l’espace, ouvrant la voie à un véritable système mondial de surveillance de l’état de santé des océans.

Contexte scientifique et technique

Tel que le contexte scientifique et technique du projet de recherche 1 (Mesure hyperspectrale de la couleur de l'eau - hypernets), ce projet a pour contexte la biodiversité microbienne et planctonique est au cœur du fonctionnement des écosystèmes marins et de la régulation des grands cycles biogéochimiques. Malgré son importance, les modèles climatiques globaux, tels que ceux utilisés dans les évaluations du GIEC (Groupe d’experts Intergouvernemental sur l’Evolution du Climat), fournissent des estimations très variables du flux d’exportation de carbone. La dernière génération de modèles projette, pour 2100, des changements dans l’export de carbone organique particulaire à 100 m de profondeur compris entre +0,16 et -1,98 GtC an⁻¹ (+1,8 % à -41%) (Henson et al., 2022). Cet intervalle souligne l’ampleur de notre incertitude, principalement liée à notre connaissance encore limitée de la diversité et de l’abondance planctoniques, qui conditionnent directement la production et la séquestration de carbone. Intégrer cette dimension de biodiversité aux modèles des systèmes océaniques et terrestres devient donc essentiel pour surveiller, comprendre et prédire l’état de santé de notre planète.

Aujourd’hui, plusieurs paramètres bio-physiques et bio-optiques océaniques (température, salinité, chlorophylle, rétrodiffusion particulaire ou lumière en sub-surface) peuvent être mesurés en continu à l’échelle planétaire grâce aux satellites et au réseau de flotteurs Argo. En revanche, aucune mesure globale et continue de la biodiversité planctonique n’est actuellement disponible. Cette lacune représente un enjeu scientifique majeur, elle souligne la nécessité d’affiner les observations planétaires en exploitant les nouvelles capacités des capteurs satellitaires hyperspectraux et en intégrant la structure et la dynamique des communautés planctoniques aux systèmes d’observation globaux. Les nouvelles et futures générations de missions satellitaires hyperspectrales en orbite basse, telles que DESIS (DLR Earth Sensing Imaging Spectrometer), PRISMA (PRecursore IperSpettrale della Missione Applicativa), ENMAP (Environmental Mapping and Analysis Program), EMIT (Earth Surface Mineral Dust Source Investigation) et PACE (Plankton, Aerosol, Cloud, ocean Ecosystem), devraient permettre une caractérisation plus fine de la composition spécifique du phytoplancton, ouvrant ainsi la voie à des avancées majeures en télédétection de la biodiversité marine (IOCCG, 2014). 

Cependant, l’entraînement et la validation des algorithmes requièrent de nombreuses correspondances entre mesures biologiques in situ et observations satellitaires (co-géolocalisations ou matchups), qui restent limitées par le coût et la couverture restreinte des campagnes océanographiques traditionnelles. Pour pallier à cette première limite, le projet Plankton Planet for PACE (P24PACE), financé en 2025 par la NASA (National Aeronautics and Space Administration) et l’ESA (European Space Agency), a été initié en coordination avec la mission spatiale PACE. Il repose sur l’utilisation de navires d’opportunité pour collecter à l’échelle globale des mesures génétiques standardisées de la biodiversité planctonique. Combinées aux observations hyperspectrales et polarimétriques de PACE, ces données permettront de développer et de valider des algorithmes capables de prédire depuis l’espace la composition biotique des écosystèmes marins.

Le Lamprey

La biomasse planctonique est récoltée grâce au système de filtration Lamprey, conçu pour prélever le plancton de surface (0–1 m). Deux fractions de taille sont échantillonnées : les petites particules (< 20 µm) et les plus grandes (> 20 µm). La biodiversité est caractérisée par métabarcoding, une approche génétique qui analyse l’ADN du plancton afin d’identifier les organismes présents.

Le Curiosity

Le curiosity est un microscope à haute résolution, permet de compléter l’analyse génétique en observant directement les différents taxons de plancton présents dans les échantillons.

Description détaillée des travaux

- Stations Hypernets couplées à la génétique et à l’imagerie quantitative, réalisées exclusivement en milieu hauturier (à plus de 5 milles des côtes) par ciel clair, suivant le protocole du programme PlanktoSpace et en tenant compte de la disponibilité du matériel fourni, incluant le financement du séquençage génétique. Les mesures seront effectuées à raison d’une à deux fois par mois, pour un total estimé d’environ 50 stations.

Ce dispositif fournira un jeu de données reliant la réflectance hyperspectrale de l’eau à la composition taxonomique et morphologique du plancton, offrant une vision complète de la couche de surface de l’océan, nécessaire à la validation des observations satellitaires hyperspectrales et multispectrales de la couleur de l’eau.