Sedimentation : Calcul des vitesses de chute

  • Vitesse de chute du Phytoplancton

La vitesse de sédimentation des cellules phytoplanctoniques dépend de l’adaptation de l’organisme à la vie pélagique (plus le rapport surface/volume de la cellule est grand et plus la vitesse de chute est faible) et de son état physiologique.

Les hypothèses du modèle sont les suivantes :

  • il n’y a pas de distinction en classe de taille et seules les diatomées présentent une vitesse de chute qui peut dépendre de leur état physiologique

  • les dinoflagellés sont considérés comme sédimentant à une vitesse faible constante,

  • les nanoflagellés sont considérés comme aptes à se maintenir à une profondeur donnée grâce à leurs flagelles

  • ni les dino- ni les nanoflagellés ne sont considérés comme migrateurs actifs dans ce modèle.

  • Option 1 avec l_SNeffect_settle=.true. : Des diatomées qui subissent une forte limitation par les sels nutritifs, ont un état physiologique déficient et chutent plus rapidement (Videau,1 1996). La liaison de la vitesse de chute des diatomées côtières (Wdiatcote) et de leur état physiologique est exprimée par la relation empirique suivante :

    \(Ws_{diat}=Wsmin_{diat}*f_{chutediat} + Wsmax_{diat}*(1-f_{chutediat})\)
    \(f_{chutediat}=f_{SNdiat}^{0.2}\)
    avec

    Cet effet est pris en compte seulement si l_SNeffect_settle=.true.

  • Option 1 avec la clé key_physadaptation : Pour tenir compte du fait que les espèces de diatomées sont en moyenne plus petites en zone océanique qu’en zone côtière, la vitesse de chute calculée pour les diatomées est linéairement diminuée dès que les fonds dépassent 100m, jusqu’à atteindre seulement 30% de la valeur côtière au-dessus des fonds de 5000m et plus.

    \(Ws_{diat_A}=Ws_{diat}*(0.3+0.7*max(0.,min(1.,\frac{5000-H}{4900})))\)

    avec H : profondeur de la mer (au dessous du 0 hydro)

  • Option 1 avec la clé **key_physadaptation : Modulation de la vitesse de chute du materiel particulaire en fonction de la densite de l’eau de mer

    La loi de Stokes permet de calculer la vitesse limite de chute dans une eau à température et salinité données en fonction de la vitesse de chute connue dans une eau de référence (Tref,Sref) par:

    \(Ws_{det}^{T,S}=Ws_{det}^{Tref,Sref} * [1 + \frac{1 - \frac{\rho_{eau}^{T,S}}{\rho_{eau}^{Tref,Sref}}}{\rho_{phyto}-\rho_{eau}^{Tref,Sref}}]\)

    avec :
    \(\rho_{phyto}\) : masse volumique de la particule, ici le phytoplancton (=1.05 kg.m-3)
    \(\rho_{eau}^{Tref,Sref}\) = 1.026 kg.m-3 pour l’eau de mer à 15°C et 35 pour mille de salinité

    Cette option est mise en commentaire dans la version de base

  • Vitesse de chute du matériel détritique

Dans l’option par défaut du modèle de base (option 1), le matériel détritique a plusieurs origines : issu des apports côtiers, issu des détritus phytoplanctoniques ou issu des détritus zooplanctoniques (pellotes fécales). Les vitesses de chute de ces différentes matières sont différentes, notamment entre le matériel détritique issue de la mortalité du phytoplancton et celui issu de l’excrétion ou de la mortalité du zooplancton. Dans le modèle (option 1), ce matériel est cumulé dans un seul type de variable (Ndet, Pdet et Sidet) sans distinction de classes de taile ou d’origine.

Cependant, la vitesse de chute du matériel détritique peut être modulée en fonction de l’origine phyto ou zoo instantanee (d’après S.Loyer, ?) si l_phyzoodeteffect_settle=.true.

Le rapport entre les détritus zooplanctoniques et phytoplanctoniques est estimé :
\(R_{det}= \frac{detritus_{phyto}}{detritus_{zoo}}\)
si \(R_{det}>10 \mbox{ alors } Ws_{det}=Ws_{phytodetritus}\) (paramètre p_detphy_wsed Paramètres dédiés aux applications ECO-MARS (parabiolo.txt))
si \(R_{det}<0.1 \mbox{ alors } Ws_{det}=Ws_{zoodetritus}\) (paramètre p_detzoo_wsed Paramètres dédiés aux applications ECO-MARS (parabiolo.txt))
sinon \(Ws_{det}=Ws_{zoodetritus}* \frac{1.}{rdet+1}+Ws_{phytodetritus}*(1.- \frac{1.}{rdet+1})\)
avec :
\(detritus_{phyto} = m_{diat} + m_{dino} + m_{nano}\) voir Mortalité du phytoplancton
\(detritus_{zoo}= [+(1-\tau_{assimil-mesozoo})*\mu_{mesozoo}+m_{mesozoo}]*C_{Nmesozoo}\) | \(+[(1-\tau_{assimil-microzoo})*\mu_{microzoo}+m_{microzoo}]*C_{Nmicrozoo}\) voir Mortalité du zooplancton

  • Option avec la clé : key_physadaptation : La vitesse de chute du matériel détritique est modulée en fonction de la profondeur (comme pour les diatomées); les plus grosses particules (et plus lourdes) étant plutôt à la côte, et les plus petites (plus légères) étant au large (zone oceanique)

    \(Ws_{det}=Ws_{phytodetritus}+(Ws_{det}-Ws_{phytodetritus})*min(1.,(5000.-H)/4900.)\)

    avec H : profondeur de la mer (au dessous du 0 hydro)

  • Vitesses de chute bornées

La vitesse de chute de toutes les variables particulaires en chaque maille est bornée à la valeur max de \(Ws=0.95*epn/dt\)