Benthos

• ce module est utilisé si la clé key_benthos est activée.
• Si le module sediment (avec key_sedim) n’est pas utilisé, le modèle ne gère pas le dépôt des variables particulaires sur la couche de sédiment qui se forme et s’érode au cours du temps. Le stockage dans le sédiment de la matière organique particulaire n’est donc pas simulé, ainsi que la diffusion des variables dissoutes dans le fluide interstitiel.
• Pour palier à ce manque, un module très rudimentaire est proposé, servant à assurer un succédané de compartiment benthique par des variables fixées qui sont non-nulles seulement dans la couche d’eau de fond.
• Actuellement, ce module gère le stockage-déstockage des formes détritiques des 3 éléments azote, phosphore et silicium.
• En fonction de la vitesse du courant au fond, chaque variable détritique en suspension dans la dernière couche d’eau transfère une partie de sa masse à la variable détritique fixée correspondante (dépôt selon la formule de Krone) et regagne simultanément une partie de la masse de la variable détritique fixée (érosion selon la formule de Parthéniades).
• Les variables détritiques fixées se dégradent en donnant, dans la couche d’eau de fond, les mêmes variables inorganiques dissoutes que les variables détritiques en suspension dans l’eau, mais avec une vitesse réduite d’un facteur constant défini en paramètre.
• Le module benthos gère 3 variables N,Si,P plus une variable diatomée si le clé key_diatbenth est activéee.
• Ce module nécessite donc de définir 3 ou 4 variables fixées supplémentaires \(C_{Nbenth}, C_{Pbenth}, C_{Sibenth}\) + \(C_{Ndiatbenth}\) si key_diatbenth

Resuspension

Flux de matériel remis en suspension pour les 3 éléments N, P, Si

\(Fl_{ero}=Fl_{erov2}*max(0.,\frac{U_{fond}^2}{Vcrit_{erodet}^2}-1)\)

avec :

\(Fl_{ero}\) = Flux d’érosion au temps t et en un point donné (kg.m^-2.s^-1)

\(Fl_{erov2}\) = Flux d’érosion pour une vitesse de l’eau au fond égale à 2 fois la vitesse critique d’érosion (kg.m^-2.s^-1) (parametre p_erodflux Paramétres utilisés pour simuler le benthos)

\(U_{fond}\) = courant dans la couche de fond (m.s^-1)

\(Vcrit_{erodet}\) = vitesse critique d’érosion pour le matériel détritique (m.s^-1) (parametre p_erodvitcrit Paramétres utilisés pour simuler le benthos)

Pour l’azote : \(Fl_{eroN}=Fl_{ero}\)

Pour le phosphore : \(Fl_{eroP}=Fl_{ero}*\frac{P}{N}\)

Pour la silice : \(Fl_{eroSi}=Fl_{ero}*\frac{Si}{N}\)

Pour les diatomées : \(Fl_{eroDiat}=Fl_{ero}\)

Les flux d’érosion sont limités si les concentrations benthiques sont faibles

Dépôt

Le dépôt est exprimé ici en terme de vitesse de chute du matériel dans la couche du fond, elle même limitée pour ne pas vider la maille de fond :

\(wsfond_{det}=\frac{min(0.95 epn,dt*ws^{fond}_{Ndetr}*max(0,1-\frac{U_{fond}^2}{Vcrit_{depo}^2}))}{dt}\)

si key_diatbenth \(wsfond_{diat}=\frac{min(0.95 epn,dt*ws^{fond}_{Ndiat}*max(0,1-\frac{U_{fond}^2}{Vcrit_{depo}^2}))}{dt}\)

avec :

\(wsfond_{det/diat}\) = vitesse de chute du matériel détritique ou des diatomées dans la couche de fond

\(epn\) = épaisseur de la couche de fond

\(wsdessus_{Ndetr/Ndiat}\) = vitesse de chute de l’azote particulaire détritique ou de l’azote des diatomées calculé dans la couche au dessus de la couche de fond (k=2)

\(Vcrit_{depo}\) = vitesse critique de depôt (m.s^-1) (parametre p_depovitcrit Paramétres utilisés pour simuler le benthos)

Mortalité des diatomées dans le sédiment

La mortalité des diatomées dans le sédiment est accélérée par rapport à la mortalité dans la colonne d’eau par un facteur 2. (à modifier si besoin)

Equations d’évolution dans le benthos

• Azote organique detritique benthique (mmol. m-2) (variable fixée dans la couche du fond) :

  \([\frac{d(C_{Nbenth})}{dt}]_{bio}=\)

  \(-Fl_{eroN}+wsfond_{det}*C_{Ndetr}\)

  \(-(Rme_N*R_{mebenth}+R_{enfouissement})*C_{Nbenth}\) Mineralisation de la matière détritique

  \(+T_{filtbenth}*(C_{Ndiat}+C_{Ndino}+C_{Nnano})\) Puits d’azote au fond dans la couche de fond

  \(+T_{filtbenth}*C_{Npsnz}\) si key_psnz (Diatomée nuisible : Pseudo-Nitzschia sp.)

  \(+T_{filtbenth}*C_{Nkar}\) si key_karenia (Dinoflagellé nuisible : Karenia Mikimotoï)

  \(+T_{filtbenth}*C_{Ncellphaeo}\) si key_phaeocystis (Nanoflagellé colonial Phaeocystis globosa)

• Silicium organique detritique benthique (mmol. m-2) (variable fixée dans la couche du fond) :

  \([\frac{d(C_{Sibenth})}{dt}]_{bio}=\)

  \(-Fl_{eroSi}+wsfond_{det}*C_{Sidetr}\)

  \(-(Rde_Si*R_{mebenth}+R_{enfouissement})*C_{Sibenth}\) Mineralisation de la matière détritique

  \(+T_{filtbenth}*(C_{Ndiat}*Fraction_{Siphyto})\) Puits d’azote au fond dans la couche de fond

  \(+T_{filtbenth}*C_{Sipsnz}\) si key_psnz (Diatomée nuisible : Pseudo-Nitzschia sp.)

• Phosphore organique detritique benthique (mmol. m-2) (variable fixée dans la couche du fond) :

  \([\frac{d(C_{Pbenth})}{dt}]_{bio}=\)

  \(-Fl_{eroP}+wsfond_{det}*C_{Pdetr}\)

  \(-(Rme_P*R_{mebenth}+R_{enfouissement})*C_{Pbenth}\) Mineralisation de la matière détritique

  \(+T_{filtbenth}*(C_{Ndiat}+C_{Ndino}+C_{Nnano})*Fraction_{Pphyto}\) Puits d’azote au fond dans la couche de fond

  \(+T_{filtbenth}*C_{Npsnz}*Fraction_{Pphyto}\) si key_psnz (Diatomée nuisible : Pseudo-Nitzschia sp.)

  \(+T_{filtbenth}*C_{Nkar}*Fraction_{Pphyto}\) si key_karenia (Dinoflagellé nuisible : Karenia Mikimotoï)

  \(+T_{filtbenth}*C_{Ncellphaeo}*Fraction_{Pphyto}\) si key_phaeocystis (Nanoflagellé colonial Phaeocystis globosa)

• Azote organique benthique dans les diatomées (mmol. m-2) (variable fixée dans la couche du fond) (si key_diatbenth):

  \([\frac{d(C_{Ndiatbenth})}{dt}]_{bio}=\)

  \(-Fl_{eroDiat}+wsfond_{diat}*C_{Ndiat}\)

  \(-m_{diat}*C_{Ndiatbenth}\) Mortalité du phytoplancton

• Azote organique detritique (µmol. L-1) :

  \([\frac{d(C_{Ndetr})}{dt}]_{bio}=[\frac{d(C_{Ndetr})}{dt}]_{bio}+\frac{+Fl_{eroN}-wsfond_{det}*C_{Ndetr}}{epn}\)

• Silice organique detritique (µmol. L-1) :

  \([\frac{d(C_{Sidetr})}{dt}]_{bio}=[\frac{d(C_{Sidetr})}{dt}]_{bio}+\frac{+Fl_{eroSi}-wsfond_{det}*C_{Sidetr}}{epn}\)

• Phosphore organique detritique (µmol. L-1) :

  \([\frac{d(C_{Pdetr})}{dt}]_{bio}=[\frac{d(C_{Pdetr})}{dt}]_{bio}+\frac{+Fl_{eroP}-wsfond_{det}*C_{Pdetr}}{epn}\)

• Silice dissoute (µmol. L-1) (SiOH):

  \([\frac{d(C_{Si})}{dt}]_{bio}=[\frac{d(C_{Si})}{dt}]_{bio}+\frac{+Rde_{Si}*R_{mebenth}*C_{Sibenth}}{epn}\)

• Phosphore dissous (µmol. L-1)(phosphate) :

  \([\frac{d(C_{PO4})}{dt}]_{bio}=[\frac{d(C_{PO4})}{dt}]_{bio}+\frac{+Rme_{P}*R_{mebenth}*C_{Pbenth}}{epn}\)

• Ammonium (µmol. L-1) :

  \([\frac{d(C_{NH4})}{dt}]_{bio}=[\frac{d(C_{NH4})}{dt}]_{bio}+\frac{+Rme_{N}*R_{mebenth}*C_{Nbenth}}{epn}\)

• Azote dans les diatomées (si key_diatbenth)

  \([\frac{d(C_{Ndiat})}{dt}]_{bio}=[\frac{d(C_{Ndiat})}{dt}]_{bio}+\frac{+Fl_{eroDiat}-wsfond_{diat}*C_{Ndiat}}{epn}\)

Paramétres utilisés pour simuler le benthos

(Paramètres dédiés aux applications ECO-MARS (parabiolo.txt))

Les paramètres utilisés dans ce module sont encore souvent donnés en dur dans les subroutines. Ils sont donnés dans la namelist namsediment et dans la namelist namorgmat.

parametre documentation	parametres fichier	definition	unite
\(Fl_{eroto2}\)	p_erodflux	Flux d’érosion pour une tensionde frottement au fond égale à 2 fois la tension critique d’érosion (version de base)	kg.m^-2.s^-1
\(Fl_{erov2}\)	p_erodvitcrit	Flux d’érosion pour une vitesse de l’eau au fond égale à 2 fois la vitesse critique d’érosion (version Previmer)	kg.m^-2.s^-1
\(Vcrit_{depo}\)	p_depovitcrit	Vitesse critique de depôt	m.s^-1
\(R_{mebenth}\)	p_reminbenth	rapport banthique:pelagique du taux de remnéralisation
\(wsfond_{det}\)	p_detzoo_wsed	Vitesse de chute moyenne du Detritique issu du zoo	m.s^-1
\(wsfond_{det}\)	p_detphy_wsed	Vitesse de chute moyenne du Detritique issu du phyto	m.s^-1
\(\tau_{erocrit}\)	p_erodcrittau	Tension critique d’erosion pour le sediment (non utilise)	N.m-2
\(Q_{enfoui}\)	p_enfouisement	Vitesse d’enfouissement dans le sediment	jour-1