Le laboratoire - Laboratoire d'Océanographie de Villefranche-sur-Mer
Unité Mixte de Recherche 7093 – CNRS/UPMC

The main objective of BRIDGES, in accordance with predicted deep ocean industrialization trend, is to develop a cost-effective, robust, re-locatable and easy-deployable autonomous platform to support long-term in-situ exploration and protection services of the coastal and deep ocean. This objective will be achieved by (1) further improving the unique existing European glider technology in order to deliver a range of industrialized innovative gliders operating at all depths, (2) integrating few sets of sensors to demonstrate exploration and monitoring service capabilities for a list of science and industry domains (Essential ocean variables, MSFD and Copernicus, aquaculture and living resources, oil & gas, subsea mining and raw material), (3) developing methodologies and the software system layers enabling operational centres to operate a fleet of gliders acting as the sensing component of integrated monitoring systems targeted to specific science and industry services, and (4) standardizing the hardware and software components for open access and versatility of the system to allow easy maintenance, upgrading and commercialization of the platform.

The collection of images of plankton in addition to physical samples has provided numerous insights regarding the fine-scale distribution, contribution to geochemical cycles, and ecology of these organisms. While image data sets grow well beyond several million new objects each year, and will keep growing thanks to a new generation of imaging sensors on autonomous instruments, the classification of organisms on the images is still largely manual and remains a bottleneck. The DL-PIC project will build on the first successful application of a deep-learning algorithm for the classification of plankton images to develop this technique and achieve a more automated process. In particular, we will build a more comprehensive training set, explore how to best account for the size and taxonomic relationships of organisms to inform classification, and test the applicability of deep learning for embedded computers on autonomous instruments. These generic developments will be implemented in a web-application used daily for the classification of plankton images and destined to become an international hub for this kind of data.

EMSO (European Multidisciplinary Seafloor and Water Column Observatory) is a large-scale European Research Infrastructure (RI). It is a European network of fixed point, deep sea observatories with the basic scientific objective of real-time, long-term monitoring of environmental processes related to the interaction between the geosphere, biosphere, and hydrosphere. EMSO is one of the environmental RIs on the ESFRI roadmap. The ESRFI Roadmap identifies new RIs of pan-European importance that correspond to the long term needs of European research communities. It is a geographically distributed infrastructure composed of several deep-seafloor and water-column observatories, which will be deployed at key sites in European waters, spanning from the Arctic, through the Atlantic and Mediterranean, to the Black Sea. EMSO will be the sub-sea segment of the Global Monitoring for Environment and Security (GMES) initiative and will significantly enhance the observational capabilities of European member states. An open data policy compliant with the recommendations being developed within the GEOSS initiative (The Global Earth Observation System of Systems) will allow for shared use of the infrastructure and the exchange of scientific information and knowledge.

The Fixed point Open Ocean Observatory network (FixO3) seeks to integrate European open ocean fixed point observatories and to improve access to these key installations for the broader community. These will provide multidisciplinary observations in all parts of the oceans from the air-sea interface to the deep seafloor. Coordinated by the National Oceanography Centre, UK, FixO3 will build on the significant advances largely achieved through the FP7 programmes EuroSITES, ESONET and CARBOOCEAN.

Les microalgues offrent un potentiel d’innovation pour des secteurs de l’énergie, de la chimie, de la nutrition humaine, de la cosmétique et de la nutrition animale de par leur richesse intrinsèque. Elles offrent encore un champ d’exploration pour développer des produits innovants, naturels et fonctionnels. Face à des enjeux stratégiques mondiaux relatifs au développement des bioénergies, les micro-algues apparaissent aujourd’hui comme une solution porteuse d’avenir et de développements économiques majeurs à un horizon d’une dizaine d’années. Les recherches et les investissements dans la filière des micro-algues à des fins énergétiques se sont récemment considérablement développés : plus de $ 2 Milliards d’investissements et plus de 200 projets industriels ont été recensés, en majorité aux Etats-Unis. Sans utiliser de terres arables, cette filière offre la possibilité de produire des biocarburants de troisième génération à partir de CO2 d’origine industrielle et de substrats issus d’eaux recyclées. Elle s’inscrit ainsi dans une stratégie de recyclage et de valorisation des rejets issus de l’activité humaine. La demande vise à soutenir et renforcer une plateforme innovante de production de microalgues sous une serre très instrumentée et utilisant les derniers développements en termes films photovoltaïques semi transparents, pour améliorer significativement le bilan énergétique des biocarburants à base de microalgues. Ce projet se concrétise autour de la réalisation de deux plateformes microalgues innovantes proposant une rupture technologique majeure en combinant une nouvelle génération de films photovoltaiques au contrôle automatisé des conditions de cultures de microalgues sous serre: FS1 (Villefranche-sur-mer) comprend 2 serres de 20m2 chacune, sous lesquelles fonctionnent des systèmes de production de type raceway hyper-instrumentés. Une maquette numérique du site a été réalisée en février 2013. ftp://ftp-sop.inria.fr/biocore/OBERNARD/Mis/Green_Stars_28_06_13.mp4 La mise en œuvre de cette plateforme nécessite des démarches administratives complexes en raison de la nature du site. Néanmoins, le projet pourrait voir le jour en 2015. FS2 (Sophia-Antipolis ) s'étend sur une surface de 800 m2. Elle est composée de 4 chapelles de serres high-tech et est à proximité d'un système hybride sur tracker de production électrique et thermique solaire. La plateforme disposera d'un ensemble d'équipements servant à assurer un pilotage fin du climat interne. Elle abritera différents systèmes de production d'algues de type raceways et permettra d'étudier la faisabilité et la pertinence économique et environnementale des systèmes de production d'algues sous serre.

Les communautés planctoniques jouent un rôle central dans le fonctionnement des cycles biogéochimiques océaniques. Néanmoins, comprendre le lien entre diversité planctonique, forçages environnementaux, et cycles biogéochimiques reste un des défis majeurs de l’océanographie contemporaine. En parallèle, le développement des méthodes de séquençage à haut débit ont récemment permis l’acquisition d’une quantité de données inédite sur la diversité moléculaire et la génomique des communautés planctoniques à l’échelle globale. Or, pour faire le lien entre ce nouveau type de données et les grands cycles biogéochimiques, il est nécessaire de proposer de nouvelles méthodologies permettant à la fois de décrire cette biodiversité et de quantifier son impact sur le fonctionnement des écosystèmes. Pour cela, l’analyse de la diversité fonctionnelle s’impose comme un outil prometteur. En effet, cette mesure de biodiversité repose sur la définition de traits fonctionnels caractérisant les espèces ou groupes d’organismes. De telles approches commencent à être appliquées à l’étude des écosystèmes marins et l’utilisation de données de type “-omics” peut permettre d’inférer les traits fonctionnels des organismes planctoniques. Ainsi, la disponibilité des données de génomique et de transcriptomique à grande échelle constitue une opportunité sans précédent pour décrire les communautés planctoniques au niveau fonctionnel. Dans ce contexte, l’objectif de FunOmics (Estimating functional diversity of plankton communities from high throughput data) est de développer une méthodologie, basée sur des méthodes numériques d’analyse de données, visant à quantifier la diversité fonctionnelle des communautés planctoniques et son rôle dans les cycles biogéochimiques. Ces données permettront également d’accéder à la diversité génomique (ou phylogénétique) des communautés, afin de la relier aux conditions environnementales. Cette méthodologie sera développée sur des données existantes (en particulier collectées dans le cadre de la campagne Tara Oceans) et pourra par la suite être appliquée à des données similaires “-omics”, dont l’acquisition connaît une croissance exponentielle. Ainsi, les données associant espèces (ou groupes d’organismes) à des traits fonctionnels permettront: 1) d’identifier des groupes fonctionnels planctoniques (PFG) au sein de différentes communautés à partir des données génomiques (i-PFG ou integrated-PFG), 2) de décrire la répartition des fonctions (production primaire, fixation de nutriments, broutage, recyclage de la matière) et des i-PFG dans l’arbre du vivant, 3) de quantifier et décrire la diversité fonctionnelle et génomique, au sein de chaque communauté planctonique et au sein des i-PFG (“alpha diversity”), et entre communautés planctoniques et entre i-PFG (“beta diversity”) échantillonnés dans différentes conditions environnementales, et 4) de quantifier les liens entre facteurs environnementaux, diversité fonctionnelle, et diversité génomique des communautés planctoniques à l’échelle globale. Le projet FunOmics regroupe donc biogéochimie marine, écologie du plancton, océanographie, fonctionnement des écosystèmes, biologie moléculaire, et biologie des systèmes. Il se situe donc à l’interface LEFE-EC2CO et s’inscrit dans dans le Thème 4 de l’AO LEFE-CYBER et dans l’AO EC2CO- BIOHEFECT.

The coastal area is the most productive and dynamic environment of the world ocean with significant resources and services for mankind. JERICO-NEXT (33 organizations from 15 countries) emphasizes that the complexity of the coastal ocean cannot be well understood if interconnection between physics, biogeochemistry and biology is not guaranteed. Such an integration requires new technological developments allowing continuous monitoring of a larger set of parameters. In the continuity of JERICO(FP7), the objective of JERICO-NEXT consists in strengthening and enlarging a solid and transparent European network in providing operational services for the timely, continuous and sustainable delivery of high quality environmental data and information products related to marine environment in European coastal seas. Other objectives are: Support European coastal research communities, enable free and open access to data, enhance thereadiness of new observing platform networks by increasing the performance of sensors, showcase of the adequacy of theso-developed observing technologies and strategies, propose a medium-term roadmap for coastal observatories through a permanent dialogue with stakeholders. Innovation JERICO-NEXT is based of a set of technological and methodological innovations. One main innovation potential is to provide a simple access to a large set of validated crucial information to understand the global change in coastal areas. Although JERICO-NEXT already includes industrial partners, it will be open to other research institutes, laboratories and private companies which could become associated partners to the project. Added values of JERICO NEXT JERICO-RI shall send data and information in an operational mode to European data systems, with dedicated service access. One of the strengths of JERICO-NEXT lies in the fact that technological and methodological developments shall be deployed in natural environment

Le projet proposé cherche à déterminer quelle est l’action des méduses sur les flux biogéochimiques, et sur la structuration des écosystèmes que ce soit en mer ouverte mais également en zone littorale. En ce sens ce projet relève a la fois des appels d’offres LEFE-CYBER concernant l’aspect biogéochimique et flux de carbone et EC2CO (BIOHEFECT) concernant l’aspect réseau trophique et structuration de l’écosystème depuis les proies des méduses jusqu’au réseau microbien

MEGALODOM aims at promoting the development of a full and balanced partnership between INSU/INS2I/INSB/INEE to study the ocean system that is the largest system on Earth. This partnership is needed in order to (1) integrate heterogeneous knowledge about increase amount of biological and biogeochemical data in oceanography and to (2) use dedicated system model verification techniques promoting an automatic reasoning over uncertainties in oceanography. To achieve this, during the 1st year MEGALODOM will (a) provide seed fund for specific actions around graph theory for their application and development in oceanography, (b) provide seed fund for specific actions around machine learning workshop for their use on NGS and imaging data in oceanography. In addition a 3 day’s workshop and a weeklong summer school will be organized to initiate and foster collaborations.

Les communautés planctoniques jouent un rôle central dans le fonctionnement des cycles biogéochimiques dans les océans, et en particulier dans le cycle du carbone, son export vers l'océan profond, et donc sur le climat. Néanmoins, comprendre le lien entre diversité planctonique, forçages environnementaux, et cycles biogéochimiques reste un des défis majeurs de l’océanographie contemporaine. En parallèle, le développement des méthodes de séquençage à haut débit a récemment permis l’acquisition d’une quantité de données inédite sur la diversité moléculaire et la génomique des communautés planctoniques à l’échelle globale. Ainsi, la disponibilité des données de type -omique (génomique, transcriptomique, protéomique) à grande échelle constitue une opportunité sans précédent pour permettre de décrire les communautés planctoniques. Ces nouveaux outils sont en effet très prometteurs pour définir les traits fonctionnels des organismes planctoniques, estimer la diversité fonctionnelle associée, et définir de nouveaux groupes fonctionnels planctoniques à incorporer dans les modèles biogéochimiques océaniques. C'est en particulier à ce dernier objectif que vise le projet ModelOmics. Une approche par trait fonctionnel peut permettre de rassembler les espèces ou organismes ayant des traits similaires. Des groupes fonctionnels planctoniques ont historiquement été décrits par les biogéochimistes marins afin de grouper a priori les organismes selon leur fonction biogéochimique. Ce sont ces groupes qui sont actuellement utilisés dans les modèles biogéochimiques océaniques pour simuler la dynamique des écosystèmes planctoniques. Or, de nombreuses critiques ont été faites quant aux bases biologiques et écologiques justifiant ce type de classification. La disponibilité en données -omiques pour le plancton offre une opportunité sans précédent pour décrire les traits fonctionnels des organismes planctoniques et ainsi définir des groupes fonctionnels ayant un sens écologique. De tels groupes pourront ainsi être incorporés dans les modèles biogéochimiques océaniques et permettre une représentation plus réaliste de la dynamique des écosystèmes planctoniques. Le projet ModelOmics est porté par une jeune maître de conférence de l'UPMC (recrutée en 2012) spécialisée en océanographie et modélisation des écosystèmes marins. L'équipe projet inclue des collègues reconnus pour leur expertise en biogéochimie marine, en modélisation couplée physique-biogéochimie pour les océans, et en analyse des données de séquençage haut débit (données de type -omique). Ce projet vise ainsi à faire émerger de nouvelles méthodologies permettant une meilleure représentation du plancton dans les modèles d'écosystèmes marins. Ceci permettra à terme une représentation plus réaliste de l'écologie du plancton dans les modèles biogéochimiques globaux et donc une meilleure estimation actuelle et future du fonctionnement des écosystèmes planctoniques et des flux de matière dans les océans.

The MOOSE project is a CNRS-INSU initiative for building an efficient integrated observation network in the NW Mediterranean Sea in order to observe its long-term evolution in the context of climate change and anthropogenic forcing. Relevant and innovant actions of MOOSE: • Observe long-term evolution of the NW Mediterranean Sea in the context of the climate change and anthropogenic pressure. • Detect and identify long-term environmental anomalies. • Build efficient indicators of the health of the NW Mediterranean basin. • Provide specific interesting data to specific users. • Supply and maintain long-term time series, the only data sets that allow to evidence climatic trends. • Harmonize the multi-sites observation strategies in the NW Mediterranean Sea. • Mutualize experimentations, technology tools and research vessels in the NW Mediterranean Sea. • Provide ideal platforms to develop and test new sensors in order to acquire new parameters useful to observe marine ecosystem changes (e.g. precipitation rate in the open ocean, contaminants, etc…) In this context, MOOSE aims to build an integrate and multi-disciplinary observing system in the NW Mediterranean Sea in relation to HYMEX, MERMEX and CHARMEX issues. Such network will combine eulerian observatories and autonomous mobile platforms to enlarge and enhance the Mediterranean observation.

This multidisciplinary project is devoted to characterizing the nitrogen budget of N2 fixing cyanobacteria, the main diazotrophs in the marine environment. Diazotrophs provide new nitrogen to the open ocean but the question “how much do they bring in?” is still very unclear to global biogeochemical modelers. Number of current global models do not include an explicit description of N2 fixation but instead represent this process as a compensation for denitrification. And yet, nitrogen fluxes derived from N2 fixation impact fluxes of nutrients, oxygen and carbon, as well as the functioning of phytoplankton and microbial communities, the primary feedstock for number of services provided to human populations worldwide. A comprehensive understanding of the nitrogen budget in the world’s ocean is still lacking, partly due to the uncertainties on the N fluxes related to the growth of diazotrophs. We will experimentally characterize the nitrogen budget in populations of marine nitrogen fixers under tightly controlled conditions, in order to track nitrogen fluxes in the different compartments (dissolved, particulate and gas phases). We also will concomitantly adapt, calibrate and validate biogeochemical models, both at the population and global scales, to provide with updated simulations of global marine primary production.

Le projet OCEANOMICS vise à comprendre la biocomplexité et le potentiel biotechnologique du plus grand écosystème planétaire que représente le plancton océanique. Les écosystèmes planctoniques marins représentent >98% du volume de notre biosphère et la France planctonique est 20 fois plus étendue que sa surface terrestre. Encore très peu étudiés, ces écosystèmes contiennent pourtant de 10 à 100 milliards d’organismes par litre d’eau de mer, une ressource énorme en formes de vie encore inconnues et en composés bioactifs inexplorés. Depuis le démarrage du projet, OCEANOMICS explore cette collection unique par des méthodes de séquençage ADN et d’imagerie à haut‐ débit, permettant de comprendre qui sont les organismes du plancton, quels sont leurs gènes et leur génome, et comment ils s’organisent en fonction des paramètres environnementaux. Ces connaissances approfondies de la biodiversité fonctionnelle du plancton à l’échelle mondiale seront ensuite transférées vers des études plus ciblées de composés bioactifs planctoniques particulièrement prometteurs dans des domaines d’application tel que la pharmaceutique ou la cosmétique.

Les microalgues actuellement utilisées pour les productions industrielles sont toutes issues du milieu naturel. Comme en agriculture, et sans nécessiter le recours aux organismes génétiquement modifiés, des progrès de productivité substantiels peuvent être obtenus en appliquant des techniques d’amélioration des espèces. Les travaux en ce sens sont pourtant encore pionniers, même à l’échelle internationale. Le projet ANR Shamash a illustré cette possibilité à travers l’obtention d’une première population hyperproductrice de lipides neutres. Le projet ANR Facteur 4, qui lui a succédé a, quant à lui, contribué à développer des outils et méthodes d’amélioration originales et performantes. Le projet OPALE propose d’exploiter le potentiel des résultats issus de l’ANR Facteur 4 à une plus large échelle, afin d’obtenir des populations de microalgues présentant des productivités en lipides de réserve accrues. A cette fin, l’obtention d’une biodiversité naturelle intraspécifique maximale sera recherchée chez des espèces à haute productivité lipidique naturelle. Sur cette base, les outils de pression de sélection et de sélection-mutation, précédemment développés, seront mis en œuvre. Enfin, une nouvelle voie d’amélioration sera évaluée en faisant appel aux croisements entre souches, par l’intermédiaire de la reproduction sexuée. A l’issue du projet, des souches de microalgues présentant des productivités en lipides neutres supérieures aux souches sauvages devraient être disponibles pour les productions industrielles. Une démarche de protection de ces souches sera mise en œuvre. Ces souches constitueront la PI produite au cours du projet en co propriété avec PIVERT.

The general objective of the PEACETIME cruise is to study the fundamental processes and their interactions at the ocean–atmosphere interface, occurring after atmospheric deposition (especially Saharan dust) in the Mediterranean Sea, and how these processes impact the functioning of the pelagic ecosystem. During the proposed 33 days cruise in the western and central Mediterranean Sea in May 2016, we will study the impact of atmospheric deposition on the cycles of chemical elements, on marine biogeochemical processes and fluxes, on marine aerosols emission and how ongoing changes will impact the functioning of Mediterranean Sea communities in the future. The cruise is designed to explore a variety of oligotrophic regimes. Combining in situ observations both in the atmosphere and the ocean, and in situ and minicosm-based on-board process studies, the 40 embarking scientists from atmosphere and ocean sciences will characterize the chemical, biological and physical/optical properties of both the atmosphere and the sea-surface microlayer, mixed layer and deeper waters. The PEACETIME strategy (season and cruise track) associated to a combination of dust transport forecasting tools and near real-time satellite remote sensing is designed to maximize the probability to catch a Saharan dust deposition event in a stratified water column in order to follow the associated processes in-situ. This coordinated multidisciplinary effort will allow us to fill the current weaknesses/lacks in our knowledge of atmospheric deposition impact in the ocean and feedbacks to the atmosphere in such oligotrophic systems Préambule sur PEACETIME as a key joint-project between MERMEX and CHARMEX : The PEACETIME project comes in the scope of the regional multidisciplinaryprogramme MISTRALS (Mediterranean Integrated STudies at Regional And Local Scales; http://mistrals.insu.cnrs.fr/spip), which aims at predicting the evolution of this region following strong expected changes in climate and human pressures. In this framework, the PEACETIME project constitutes a key joint project between the ChArMEx (the Chemistry-Aerosol Mediterranean Experiment; http://charmex.lsce.ipsl.fr) and MERMEx (Marine Ecosystems Response in the Mediterranean Experiment; https://mermex.com.univ-mrs.fr) initiatives, enabling to gather communities of atmospheric chemists and marine biogeochemists around the common question of assessing the impact of atmospheric deposition on the marine biogeochemical processes and air-sea exchanges. This question is present in both the WP 5 of ChArMEx “Atmospheric Deposition of Compounds of Biogeochemical Interest in the Mediterranean Sea” and of the WP 4 of MERMEx “Natural and anthropogenic atmosphere-sea interactions”

Le plancton marin joue un rôle crucial pour le fonctionnement des écosystèmes marins et les cycles biogéochimiques à l'échelle globale, mais également pour les populations humaines à travers un certain nombre de services écosystémiques. Ces services incluent : 1) la production de la moitié de l'oxygène que nous respirons, 2) l'approvisionnement en nourriture des réseaux trophiques marins, qui eux-mêmes assurent la subsistance de nombreuses populations humaines, et 3) le transfert du carbone atmosphérique, libéré par les activités humaines, vers les profondeurs de l'océan sous forme de matière organique, et donc 4) la régulation du climat de notre planète. L'application de techniques de séquençage à haut débit (ou métagénomique) au plancton marin a récemment révélé la grande diversité des organismes planctoniques dans l'océan. Cependant, le plancton reste représenté de manière très grossière dans les modèles biogéochimiques globaux (à l'aide de quelques "boites noires"), y compris dans les modèles utilisés par le GIEC pour simuler le devenir du système terre à l'horizon 2100. Cette lacune nuit à notre capacité à prédire avec précision la réponse des communautés planctoniques au changement climatique et donc des services écosystémiques rendus par le plancton. Alors que les écosystèmes planctoniques font face à des pressions climatiques et anthropiques croissantes, il existe un besoin crucial de former une nouvelle génération de chercheur.e.s en début de carrière ("early-stage researchers" ou ESR en anglais) à la croisée d'expertises scientifiques complémentaires et pourtant jusqu'ici indépendantes. Pour répondre à ce besoin, nous souhaitons déposer en janvier 2019 le projet PlankServ en réponse à l'appel d'offre européen MSCA-ITN-ETN-2019. PlankServ fournira un réseau européen de formation doctorale multinational et multidisciplinaire qui s'appuiera sur l'expertise, la complémentarité et la synergie de centres européens de recherche et de formation basés en France, au Royaume-Uni, en Suisse, en Espagne, et peut-être également en Allemagne et en Italie. Ce réseau européen a aussi pour vocation d'inclure des partenaires non académiques, comme des entreprises de biotechnologie et spécialisées dans le "Big Data", des ONG et des bureaux d'étude dédiés à la gestion des écosystèmes marins, des maisons d'éditions, et des institutions de diffusion de la culture scientifique. Les ESR seront ainsi formé.e.s à la génomique, à l'écologie marine, à la biogéochimie, et à la modélisation numérique, mais aussi à la manipulation de grands jeux de données, à l'évaluation des services écosystémiques, à la gestion des écosystèmes marins, et à la communication vers le grand public et les médias. Ces doctorant.e.s développeront ainsi des compétences uniques leur permettant de faire progresser leur carrière dans divers secteurs d'activités tels que le conseil, la gouvernance, la communication, le milieu académique ou l'industrie. Pour monter ce réseau européen, les principaux partenaires académiques ont été identifiés (et ont déjà collaboré dans le cadre de plusieurs petits projets), mais il nous reste encore à mobiliser le secteur non-académique, un point crucial pour obtenir un financement MSCA-ITN-ETN puisqu'ils doivent représenter au moins 40% du réseau de formation doctorale. Le projet Pre-PlankServ a donc pour principale vocation de permettre la mobilisation de ces partenaires non-académiques. Il permettra également d'organiser deux rencontres entre les différents membres du réseau (en plus de visioconférences trimestrielles). La première aura pour objectif de faire le point sur les réponses des partenaires privés que nous aurons sollicités, finaliser la structure du consortium, rédiger les sujets de thèse co-encadrés au sein du réseau, et réfléchir aux actions de formation destinées aux ESR. La seconde permettra de finaliser la rédaction du projet PlankServ au plus tard 2 à 3 mois avant la clôture de l'appel d'offre prévu en janvier 2019.

Le Fond Français pour l'Environnement Mondial a mis en place un dispositif de formation doctorale et postdoctorale pour analyser les données de TARA Ocean. La Fondation TARA gère le projet. Le LOV obtenu une bourse doctorale et une post-doctorale qui est payé par TARA ocean à travers une convention de reversement à signer entre UPMC et TARAOcean