Lien empirique entre les données in-situ et les anomalies de luminance120

Après avoir identifié les situations phytoplanctoniques in-situ, la recherche des me-sures coïncidentes a été effectuée avec les données satellites. Pour rappel, 123 matchups ont été trouvés entre les données satellites et les données in-situ. Dans ces mesures coïn-cidentes, uniquement 45 classes de Ra(λ) som (représentant 29 classes de Ra(λ)

phéno-logie d’après la classification de la phénophéno-logie) étaient présentes pour ces données in-situ

(de 1 à 10 occurrences).

Nota bene Nous rappelons que les données d’anomalies de luminance de SeaWiFS ont déjà fait l’objet d’une calibration dont les résultats sont publiés dans Alvain et al. (2008) et Ben Mustapha et al. (2014). Pour cette dernière version, au total, 74 classes de Ra(λ) avaient été associées à des groupes dominants (voir la Figure 3.1) par projection de la précédente labellisation (Alvain et al., 2008) sur les Ra(λ) classés par une carte auto-organisatrice (Ben Mustapha et al., 2014), et 26 n’avaient pas pu être associés à des groupes phytoplanctoniques (explications au Chapitre 2). Le fait que les classes de Ra(λ) dans les mesures coïncidentes ne représentent que 45% de la diversité des classes de Ra(λ) pose un problème. En effet, nous savons à l’avance que, peu importe le nombre d’associa-tion que l’on pourra trouver au sein des mesures coïncidentes, nous ne pourrons labelliser au maximum que 45% de la base de données de Ra(λ). Bien que la couverture spatiale de la nouvelle version de PHYSAT sera ainsi diminuée, cette approche est plus rigoureuse que la projection des groupes phytoplanctoniques de Alvain et al. (2008) sur la carte auto-organisatrice (Ben Mustapha et al., 2014), et permettra également d’effectuer une valida-tion.

Ainsi, les résultats présentés dans les parties suivantes ("variabilité de la calibration" et "validation") ne sont portés que sur les 32 classes d’anomalies pour lesquelles les me-sures coïncidentes étaient suffisantes pour obtenir une nouvelle labellisation (ainsi, 13 classes de Ra(λ) ne comportaient pas assez de matchups sur les 45).

Dans cette partie (pages 120 à 126), nous avons présenté les résultats classe de Ra(λ) par classe de Ra(λ). Pour la suite des résultats ("Distribution spatiale" et "Spectres de Ra(λ)"), le couplage des labellisations est présenté, puisque les résultats seront donnés par situation phytoplanctonique (donc pour l’ensemble des classes de Ra(λ) associées à ces cas).

4.2. Résultats

Les nouvelles labellisations par rapport à Alvain et al. (2008); Ben Mustapha

et al. (2014) : 3 classes de Ra(λ) som

Selon les critères de labellisation, trois classes de Ra(λ) ont été associées à un groupe phytoplanctonique alors qu’elles ne l’avaient jamais été auparavant. Il s’agit des classes de Ra(λ) SeaWiFS n°48, 74 et 94 issues de la carte auto-organisatrice des Ra(λ), et pour lesquelles les classes 74 et 94 font parties de la même classe de Ra(λ) phénologie.

La Table 4.4 regroupe les informations de labellisation concernant ces trois classes de Ra(λ). Pour la classe n°som 48, 100% des 400 procédures distinctes de calibration ont donné le même label gagnant : le groupe Prochlorococcus non dominants. Dans les données de validation, on trouve en moyenne 72,33% du temps ce label (sur les 6 matchups, 1 corres-pond à un mélange de diatomées et de nanoeucaryotes). Ainsi, la classe de Ra(λ) som n°48 est confondue dans 27,67% des identifications avec l’assemblage diatomées et nanoeuca-ryotes.

Les classes de Ra(λ) som n°74 et 94 ne comportent pas assez de matchups à elles seules pour être labellisées puisque le minimum est fixé à 5 matchups. Ici, elles ont donc été labellisées grâce à leur ressemblance en termes de phénologie, de distribution spatiale et de caractéristiques spectrales (elles représentent la classe phénologie n°41). En couplant ces deux classes de Ra(λ), 100% des procédures de calibration distinctes ont donné comme label l’assemblage de diatomées et de nanoeucaryotes (avec 6 mesures coïncidentes cette fois-ci), avec un taux de validation de 100% également. En effet, toutes les données in-situ associées à la classe phénologie n°41 comportent cet assemblage.

Confirmation des labellisations existantes par rapport à Alvain et al. (2008); Ben Mustapha et al. (2014) : 5 classes de Ra(λ)

La Table 4.5 regroupe les informations de labellisation concernant les 5 classes de Ra(λ) pour lesquelles le label de Alvain et al. (2008) projeté sur la carte auto-organisatrice de Ben Mus-tapha et al. (2014) a pu être retrouvé. Pour ces 5 classes, le label initial était

Prochlorococ-cus dominants. Ces 5 classes ont ici été labellisées comme du ProchlorococProchlorococ-cus également

mais non dominant selon les données in-situ.

La classe de Ra(λ) phénologie n°18 (classes Ra(λ) som n°29, 35, et 80) a été labellisée dans 100% des cas comme étant des Prochlorococcus (Table 4.5). Le score de validation montre que 86,1 % des données in-situ de validation identifient également la présence de Prochlorococcus, alors que les mauvaises identifications (13,9% des données in-situ de validation) sont liées à la présence de l’assemblage Prochlorococcus et Synechococcus-like, toutes trouvées pour la classe de Ra(λ) som n°35.

La classe de Ra(λ) som n°40 a été labellisée dans 71,7% des procédures de calibration comme étant du Prochlorococcus. Le score de validation de cette classe est de 60,8% de

Table 4.4 – Informations de labellisation concernant les nouvelles labellisation de classes de Ra(λ) par rapport aux labellisations de Alvain et al. (2008) et Ben Mustapha et al. (2014). Les classes "SOM" correspondent aux numéros des classes issues de la classification par la carte auto-organisatrice. Les classes "phénologie" correspondent aux numéros des classes issues de la classification post-carte auto-organisatrice en fonction de la temporalité des classes de Ra(λ). Le nombre de matchups correspond au nombre de mesures coïnci-dentes pour chacune de ces classes "SOM", qui permet d’associer à la classe de Ra(λ) un groupe identifié dans la colonne labellisation. Au cours des 400 itérations de la procédure de labellisation, un pourcentage de labellisation peut être calculé, correspondant au nombre de fois où le label (colonne "labellisation") a effectivement été trouvé pour cette classe de Ra(λ). Enfin, le score de validation moyen correspond au nombre de fois en moyenne (sur les itérations) où le label a été retrouvé dans les données de validation. Les classes de Ra(λ) suivies d’une astérisque ont été labellisée grâce à leur ressemblance spectrales et leur comportement d’apparition spatio-temporel (les mesures coïncidentes sont alors couplées pour la calibration et la validation et les 3 dernières colonnes sont identiques).

Classe Classe Nombre de Labellisation % de Score de

"SOM" "Phénologie" matchups labellisation validation

48 25 6 Prochlorococcus 100 72,33 non dominant 74* 41 3 Mixte diatomées 100 100 et nanoeucaryotes 94* 41 3 Mixte diatomées 100 100 et nanoeucaryotes

4.2. Résultats

Table 4.5 – Informations de labellisation concernant lesconfirmations des labellisations existantes de classes de Ra(λ) par rapport aux labellisations de Alvain et al. (2008) et Ben Mustapha et al. (2014). Pour le reste de la légende, se référer à la Table 4.4, page 122.

Classe Classe Nombre de Labellisation % de Score de

"SOM" "Phénologie" matchups labellisation validation

29* 18 1 Prochlorococcus 100 86,11 non dominant 35* 18 8 Prochlorococcus 100 86,11 non dominant 40 23 5 Prochlorococcus 71,66 60,83 non dominant 57 25 5 Prochlorococcus 100 85,66 non dominant 80* 18 4 Prochlorococcus 100 86,11 non dominant

bonnes identifications, les erreurs étant liées à la présence de l’assemblage Prochlorococcus et nanoeucaryotes pour 39,2% des données in-situ de validation.

Enfin, la classe de Ra(λ) som n°57 a été labellisée dans 100% des procédures de calibration comme étant du Prochlorococcus. Le score de validation est en moyenne de 85,7% de bonnes identifications, les erreurs étant liées à la présence de l’assemblage de diatomées et de nanoeucaryotes pour en moyenne 14,3% des données in-situ de validation.

Pour l’ensemble des informations données ci-dessus, les erreurs dans la validation sont re-présentées par un seul groupe phytoplanctonique à chaque fois. Les erreurs d’identifications trouvées pour l’assemblage Prochlorococcus et nanoeucaryotes et l’assemblage

Prochloro-coccus et SynechoProchloro-coccus-like sont assez courantes, puisque ces assemblages sont souvent

situés dans des conditions environnementales semblables (e.g., Dandonneau et al. (2004)). En revanche, l’erreur est plus importante (bien que le pourcentage d’erreur soit plus faible pour ce cas précis) lorsque l’on confond la présence de Prochlorococcus avec la présence de l’assemblage diatomées et nanoeucaryotes, censé plutôt occuper des environnements méso-à eu-trophe (Armbrust, 2009).

Changement de la labellisation existante par rapport à Alvain et al. (2005) et Ben Mustapha et al. (2014) : 10 classes de Ra(λ) Certaines classes de Ra(λ) som avaient été labellisées par projection des groupes phytoplanctoniques dominants de Alvain et al. (2008) sur la carte auto-organisatrice (Ben Mustapha et al., 2014). Bien que certains de ces labels aient été validés grâce à l’utilisation de données in-situ, ce type de labellisation est moins rigoureux qu’une approche de calibration/validation in-situ telle qu’effectuée dans Alvain et al. (2005) ou ici. C’est pour cette raison que, lorsque le label est différent dans notre étude, nous avons considéré que ce label était plus robuste que celui donné par projection de l’ancienne labellisation (Ben Mustapha, 2013). Les informations de ces changements de label sont données dans la Table 4.6 (page 125).

La classe de Ra(λ) som n°3 a été labellisée dans 100% des procédures de calibration comme étant du Prochlorococcus. Le score de validation de cette classe est de 84,66% de bonnes identifications, les erreurs étant liées à la présence de l’assemblage

Prochlorococ-cus et nanoeucaryotes pour 15,34% des données in-situ de validation. Les observations

sont identiques pour le Ra(λ) som n°24 avec un score de validation moyen de 72,33% et donc 27,67% de mauvaises identifications liée à l’assemblage de Prochlorococcus et na-noeucaryotes. Ces deux classes de Ra(λ) avaient été labellisées comme du Synechococcus

spp.-like dominant.

La classe de Ra(λ) phénologie n°4 (classes som n°4, 37) a été labellisée dans 70% des cas comme étant un assemblage de diatomées et de nanoeucaryotes. Le score de validation montre que 57,33 % des données in-situ de validation montrent également la présence de diatomées et de nanoeucaryotes, alors que les mauvaises identifications (42,67% des données in-situ de validation) sont liées à la présence de diatomées dominantes.

La classe de Ra(λ) phénologie n°5 (classes som n°5, 6, 27) a été labellisée dans 100% des cas comme étant un assemblage de diatomées et de nanoeucaryotes. Le score de validation montre que 71,5 % des données in-situ de validation montrent également la présence de diatomées et de nanoeucaryotes, alors que les mauvaises identifications (28,5% des données

in-situ de validation) sont liées à la présence de nanoeucaryotes dominants.

La classe de Ra(λ) som n°36 a été labellisée dans 100% des procédures de calibration comme étant du Prochlorococcus. Le score de validation de cette classe est de 70% de bonnes identifications, les erreurs étant liées à la présence de l’assemblage diatomées et nanoeucaryotes (15% des erreurs) et de nanoeucaryotes dominants (15% des erreurs).

La classe de Ra(λ) som n°44 ne possède pas assez de matchups pour être labellisée (3 mesures coïncidentes alors qu’il en faut 5). Cependant, elle est la seule classe qui présente une association potentielle avec l’assemblage de dinoflagellés dominants (2 échantillons

in-4.2. Résultats

situ pour la calibration), avec des erreurs liées au groupe des diatomées dominantes. Bien

que le pourcentage de calibration et de validation ne soit pas suffisant pour estimer que la classe de Ra(λ) som n°44 soit effectivement liée à la présence de dinoflagellés dominants, il est intéressant pour la suite de conserver cette labellisation, tout en gardant cette limitation à l’esprit, afin de voir comment se comporte cette classe, car aucune association entre les Ra(λ) et les dinoflagellés n’avait pu être trouvée par le passé. Ainsi, lorsque nous étudierons les résultats des "dinoflagellés", nous rappellerons ce fait.

Labellisation grâce aux ressemblances des classes (phénologie, caractéristiques de spectres et distribution spatiale) : 13 classes de Ra(λ) som

Dans cette partie, l’intérêt du regroupement des classes de Ra(λ) post carte auto-organisatrice est présenté. En effet, lorsqu’une classe de Ra(λ) som peut trouver un label grâce aux me-sures coïncidentes, nous pouvons vérifier que les classes de Ra(λ) phénologie trouvent aussi le même label. En revanche, ces labels peuvent être validés, ou non, en fonction de l’exis-tence de mesures coïncidentes pour les autres classes de Ra(λ) som qui appartiennent à la même classe de Ra(λ) phénologie.

La classe de Ra(λ) phénologie n°2 regroupe les Ra(λ) som n°2, 7 et 8. La labellisation a montré que les Ra(λ) 7 et 8 étaient associés à la présence de nanoeucaryotes dominants. Par extension, la classe de Ra(λ) 2 a aussi été considérée comme étant caractérisée par des nanoeucaryotes dominants. De même, la classe de Ra(λ) phénologie n°6 regroupe les Ra(λ) n°9, 10 et 39 et les Ra(λ) 9 et 39 sont labellisés nanoeucaryotes dominants. Par extension, la classe Ra(λ) 10 a été labellisée nanoeucaryotes dominants.

La classe de Ra(λ) phénologie n°4 regroupe les Ra(λ) n°4, 19 et 37. Les Ra(λ) 4 et 37 ont été labellisés comme étant un assemblage de diatomées et nanoeucaryotes, ce qui a été étendu au Ra(λ) 19.

La classe de Ra(λ) phénologie n°7 regroupe les Ra(λ) n°12 et 34, avec le Ra(λ) 34 labellisé diatomées dominantes. Le Ra(λ) 12 a donc été labellisé diatomées dominantes.

La classe de Ra(λ) phénologie n°8 regroupe les Ra(λ) n°13 et 88. Le Ra(λ) 88 a été labellisé comme étant lié à la présence de l’assemblage Synechococcus et Prochlorococcus, avec une validation de 62%. Par extension, le Ra(λ) 13 a lui aussi été labellisé comme étant un assemblage de Synechococcus et Prochlorococcus.

La classe de Ra(λ) phénologie n°9 regroupe les Ra(λ) n°14, 17 et 100. Pris une à une, ces classes de Ra(λ) ne peuvent pas être labellisées grâce aux données in-situ, mais leur couplage donne 7 mesures coïncidentes qui permet de labelliser la classe phénologie n°9 comme étant un assemblage de diatomées et de nanoeucaryotes avec une validation de 100%. Le Ra(λ) 14 ne possède pas de mesures coïncidentes mais a été labellisé comme ces

Table 4.6 – Informations de labellisation concernant les changements des labellisations existantes de classes de Ra(λ) par rapport aux labellisations de Alvain et al. (2008) et Ben Mustapha et al. (2014). L’ancien label est noté : Nano (Nanoeucaryotes dominant), SLC (Synechococcus-like dominant), Diat (Diatomées dominant). Pour le reste de la lé-gende, se référer à la Table 4.4, page 122.

Classe Classe Nombre de Ancien Labellisation % de Score de "SOM" "Phénologie" matchups label labellisation validation

3 3 6 SLC Prochlorococcus 100 84,66 non dominant 4* 4 3 Nano Diatomées 70 57,33 et Nanoeucaryotes 5* 5 2 Nano Diatomées 100 71,5 et Nanoeucaryotes 6* 5 2 Nano Diatomées 100 71,5 et Nanoeucaryotes 24 3 5 SLC Prochlorococcus 100 72,33 non dominant 27* 5 4 Nano Diatomées 100 71,5 et Nanoeucaryotes 36 24 6 SLC Prochlorococcus 100 70 non dominant 37* 4 2 Nano Diatomées 70 57,33 et Nanoeucaryotes 44 28 3 Diat Dinoflagellés 58,33 52,66 dominant 69 39 5 SLC Prochlorococcus 100 74 non dominant

4.2. Résultats

Ra(λ) jumeaux.

La classe de Ra(λ) phénologie n°17 regroupe les Ra(λ) n°25, 67 et 70. Comme l’exemple au dessus, ces classes ne peuvent pas être labellisées une à une, mais en couplant leurs informations des mesures coïncidentes. Les Ra(λ) 25 et 67 ont été labellisés comme étant du Prochlorococcus non dominant (avec une validation de 75%), ce qui a été étendu au Ra(λ) 70.

Pour la suite des résultats, nous allons donc considérer trois versions de PHYSAT :

v2014 Labellisation des anomalies de luminance brute grâce aux données in-situ formant des enveloppes statistiques, dont les distributions spatiales ont été projetées sur les données de classes d’anomalies de luminance issues de la carte auto-organisatrice (Alvain et al. (2008); Ben Mustapha et al. (2014)) ;

v2017 Labellisation des classes d’anomalies de luminance à partir des données in-situ de pigments classées en assemblages (ce Chapitre) ;

vMixte Une version mixte, en gardant en priorité la labellisation v2017, mais en conservant la labellisation v2014 pour les classes de Ra(λ) n’ayant pas pû être labellisées par manque de données

in-situ coïncidentes selon les critères stricts de la nouvelle approche

4.2.3 Spectres des classes de Ra(λ) labellisées

La Figure 4.9 présente les spectres de référence des classes de Ra(λ) qui ont été label-lisées en fonction des 10 assemblages phytoplanctoniques déterminés in-situ (i.e., groupes dominants ou assemblages mixtes, définis à la page 118.). Sur cette Figure, les spectres sont associés aux versions v2008 (spectres noirs) et v2017 (spectres rouges, pointillés). L’ensemble des spectres représente la version vMixte.

Les nanoeucaryotes dominants sont caractérisés par des anomalies de luminance relative-ment négatives (en dessous de 1), avec une chute plus importante à 412 et 443 nm, ce qui avait déjà été observé par Alvain et al. (2005). Cela leur donne une forme légèrement concave, égale ou inférieure à 1.

Les Prochlorococcus spp. sont associés à des spectres de Ra(λ) légèrement plus haut mais inférieurs à la moyenne (inférieurs à 1), avec une forme plate (hormis pour un spectre qui connait un léger décrochage positif à 412nm).

Les Synechococcus spp.-like ont une forme de spectres assez similaire à ceux des

Prochlo-rococcus spp., avec une moyenne légèrement supérieure à 1 ce qui donne un spectre plat

avec une légère pente (positive ou négative) entre 412 et 443 nm. Cette observation était faite également par Alvain et al. (2005), bien que la majorité des spectres présentaient une

Figure 4.9 – Spectres de références des classes de Ra(λ) labellisés comme 1) Nanoeuca-ryotes dominants, 2) Prochlorococcus dominants, 3) Synechococcus-like dominants SLC, 4) Diatomées dominantes, 5) Phaeocystis-like dominants, 6) Coccolithophoridés dominants, 7) Prochlorococcus non dominants, 8) Diatomées et Nanoeucaryotes, 9) Synechococcus et Prochlorococcus et 10) Dinoflagellés. Cette labellisation a été effectuée par projection de la calibration de Alvain et al. (2008) sur la carte auto-organisatrice des Ra(λ) - v2014 (spectres noirs), ou empiriquement grâce aux mesures coïncidentes avec des données in-situ issues de cette thèse - v2017 (spectres pointillés rouges).

4.2. Résultats

pente négative entre 412 et 443 nm.

Les diatomées sont associées à des valeurs d’anomalies de luminance au dessus de la moyenne (supérieures à 1), et ayant une forme souvent convexe due à la chute de l’anomalie de luminance entre 412 et 490 nm.

Les Phaeocystis spp.-like, qui n’ont pas été labellisé dans cette étude mais à partir d’une expertise de terrain, ont une forme plate, au dessus de la moyenne de 1.

Les coccolithophoridés, dans la même situation de labellisation que les Phaeocystis

spp.-like, ont une anomalie de luminance très forte, ce qui s’explique par la forte réfraction

de la lumière par leur coquille calcaire. Veuillez noter que les critères de sélection lors du calcul des anomalies de luminance tendent à mettre de côté la plupart des spectres associés aux coccolithophoridés en période de sénescence (forte réfraction de la lumière par leurs coquilles) ; leur distribution dans PHYSAT est donc sous-estimée.

Les Prochlorococcus spp. non dominants ont une forme de spectre plat dont l’anomalie de luminance est peu variable entre les spectres et oscille entre 0,9 et 1,1.

L’assemblage de diatomées et de nanoeucaryotes présente deux types de spectres : deux spectres présentent une forte anomalie aux faibles longueurs d’onde et ont une forme convexe, comme il l’a été observé pour les diatomées ; et les autres spectres sont légèrement concave, avec une augmentation de l’anomalie de luminance entre 412 et 490nm, puis une diminution.

L’assemblage de Synechococcus et de Prochlorococcus est associé empiriquement à deux spectres dont les formes font penser à celles des Synechococcus-like dominants et des

Pro-chlorococcus dominants. En revanche, une légère convexité est observée ici, avec une

re-montée légère à 555nm.

Les dinoflagellés sont représentés par un spectre dont la forme est légèrement convexe avec une anomalie de luminance autour de 1,2. Nous rappelons que ce spectre a été conservé bien que les mesures coïncidentes n’étaient pas assez nombreuses.

4.2.4 Validations moyennes des associations classes de Ra(λ) et