Les cycles journaliers de la lumière du soleil ont une grande influence sur les êtres vivants, en particulier surle phytoplancton qui estcomposéd‟organismes photosynthétiques qui dépendent de la lumière comme source d‟énergie.
Outre la photosynthèse, d‟autres processus biologiques du phytoplancton subissent des variations journalières. La croissance, la division, la fluorescence, la pigmentation et la concentration de carbone par cellule. Ces variations journalières biologiques ont été étudiées dans le milieu naturel, ainsi qu‟en laboratoire. Les effets de ces variations biologiques sur les propriétés optiques ont aussi été étudiés.
2.4.1 Variations journalières biologiques du phytoplancton
La photosynthèse est le processus par lequel des organismes utilisent le CO2 et l‟eau pour former
des glucides, comme réserve d‟énergie, en utilisant l‟énergie provenant de la lumière. Le processus crée aussi de l‟eau et de l‟oxygène. La photosynthèse se fait en deux phases dont l‟une est dépendante de la lumière et l‟autre indépendante de la lumière. Lors de la phase dépendante de la lumière, un photon sera absorbé et libérera un électron à partir de molécules d‟eau qui ira dans la chaîne de transport des électrons et aura pour effet de créer de l‟ATP (adénosine triphosphate) et de la NADPH (Nicotinamide adénine dinucléotide phosphate) et de l‟oxygène(Arnon et al., 1954). Le NADPH sera ensuite utilisé dans la phase indépendante de la lumière pour fixer le carbone du CO2 sous forme de glucides comme réserve d‟énergie. La
respiration, le processus d‟utilisation des réserves d‟énergie nécessitant de l‟oxygène et produisant du CO2 et de l‟eau, est aussi un processus qui a lieu de jour comme de nuit, malgré le
fait qu‟elle ne nécessite pas de lumière (Grande et al., 1989a et 1989b, Langdon et al. 1993, Pringault et al., 2007). Les paramètres photosynthétiques, comme l‟efficacité photosynthétique du phytoplancton varient aussi selon l‟heure du jour (Harding et al., 1981, Cullen et al., 1992, Bruyant et al., 2005), tout comme la fluorescence, qui peut donner de l‟information les différentes parties de l‟appareil photosynthétique(Owens et al., 1980, Bruyant et al., 2005, Poulin et al., 2013, Chen and Gao, 2004).
La concentration de carbone par cellule augmente habituellement le jourà cause de la fixation du carbone (Owens et al., 1980, Stramski and Reynolds 1993, Jaquet et al., 2001). Le rapport carbone sur azote dans les cellules varie pour certaines espèces et reste stable pour d‟autres (voir Lopez et al., 2016). Dans l‟océan, le phytoplancton contribue à moins de 20 % du carbone particulaire organique (POC) (Claustre et al., 1999), mais il a une part significative dans les variations journalières du POC (Claustre et al., 2008). Par ailleurs, la concentration de chlorophylle montre aussi des variations journalières chez le phytoplancton (Owens et al., 1980, Poulin et al., 2013, Stramski and Reynolds 1993, Jaquet et al., 2001).
Le rythme du cycle cellulaire du phytoplancton est dicté par la photopériode (Vaulot et al., 1995). Il a été observé en laboratoire que la division cellulaire suit des cycles circadiens (Suzuki and Johnson, 2001, Bruyant et al., 2005). Jacquet et al. (2001) ont observé en laboratoire une
synchronisation de la division de plusieurs espèces de picoplancton (taille de 0.2 - 2 µm) au début de la nuit. Pour Synechococcus toutefois, la division peut avoir lieu à n‟importe quel moment de la journée, même si la fin de la journée est plus fréquemment observée (voir Jacquet et al., 2001). Certaines diatomées se divisent durant le jour (Stramski and Reynolds, 1993) ou plus d‟une fois par jour (Chisholm and Costello, 1980). L‟existence d‟une horloge biologique interne, qui continue d‟être synchronisée un certain temps même en l‟absence de cycles lumineux, a été démontrée chez le phytoplancton (Chrisholm and Brand, 1981, Goto and Johnson, 1995, Brunelle et al., 2007).
Les cycles journaliers de la division cellulaire, avec leurs différences d‟heure de division entre les espèces, ont aussi été observés dans le milieu naturel à plusieurs endroits (Vaulot and Marie, 1999, Durand and Olson, 1996, Binder and Durand, 2002, Litaker et al., 2002, Hunter-Cervera et al., 2014).
Les variations journalières des cycles cellulaires entraînent nécessairement des cycles dans la taille des cellules, qui grossissent jusqu‟à la division (Stramski and Reynolds, 1993, Durand and Olson, 1996, Durand et al., 2002, Sosik et al., 2003).
2.4.2 Variations journalières des propriétés optiques du phytoplancton Les variations journalières du phytoplancton ont une influence sur ses propriétés optiques. Des augmentations diurnes du coefficient d‟atténuation (cp) dans l‟océan ont été rapportées dans
plusieurs études (Cullen et al., 1992, Stramska and Dickey, 1992, Gardner et al., 1993, Durand and Olson, 1996, Bishop et al., 1999, Claustre et al., 1999, Gardner et al., 1999, Behrenfeld and Boss, 2003, Claustre et al., 2008). Les variations journalières de cp observées par Cullen et al.
(1992) ont indiqué que les variations de cp ne peuvent être directement attribuées à des variations
dans la quantité de phytoplancton tant que les contributions relatives du plancton, des bactéries et des détritus à cp ne seront pas bien connues. Des possibles variations journalières de cp relatif au
carbone (cpC, m2g-1) ont aussi été proposées dans cette étude. Durand and Olson (1996), quant à
eux, ont proposé que le phytoplancton était responsable d‟une grande part des variations journalières de cp observées dans le milieu naturel, à partir de mesures en laboratoire et de
Parcontre, le phytoplancton n‟est responsable que d‟une partie du cp total en mer (DuRand and
Olson, 1996, Claustre et al., 1999, Grob et al., 2007). Les variations journalières de cp montrent
aussi des variations saisonnières (Gernez et al., 2011, Kheireddine et al., 2014).
Dans l‟océan, Cui et al. (2013) ont observé des variations journalières du coefficient d‟absorption (ap). La diffusion totale montre aussi des variations journalières (Durand and Olson,
1996, Vaulot and Marie, 1999, Sosik et al., 2003). On observe aussi une augmentation journalière du coefficient de rétrodiffusion particulaire (bbp) (Kheireddine et al., 2014, Cui et al.,
2013) et des différences ont été observées entre les variations journalières de cp et de bbp
(Kheireddine et al., 2014, Barnes et Antoine, 2014).
En laboratoire, on a observé des augmentations diurnes de l‟absorption (ap) (Ohi et al., 2002)
moins prononcées que les augmentations de cp et bp(Stramski and Reynolds, 1993, Clautre et al.,
2002). Une augmentation du carbone intracellulaire le jour cause une augmentation de la taille des cellules et de leur indice de réfraction et une diminution la nuit due à la respiration et à la division cellulaire pour Thalassiosira pseudonana (Stramski and Reynolds, 1993) et Synechococcus (Stramski and Reynolds, 1995).