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Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 1000 (2023) Citer cet article

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Les changements rapides en cours dans l'océan Arctique central nécessitent des informations de base sur la faune pélagique. Cependant, l'échantillonnage des organismes mobiles qui s'échappent facilement des filets remorqués verticalement est difficile. Ici, nous rapportons la composition des espèces et le poids des captures de poissons pélagiques et de zooplancton plus gros à partir de 12 traits de chalut effectués dans les eaux couvertes de glace de l'océan Arctique central au-delà des pentes continentales à la fin de l'été. Les captures au chalut combinées aux données acoustiques ont révélé de faibles quantités de poissons et de zooplancton de la région de pente influencée par l'advection dans le bassin de Nansen au sud jusqu'au bassin d'Amundsen profond recouvert de glace au nord. Des espèces arctiques et subarctiques-boréales, y compris celles considérées comme des espèces atlantiques expatriées, ont été trouvées jusqu'à 87,5o N. Nous avons trouvé trois espèces de poissons (Boreogadus saida, Benthosema glaciale et Reinhardtius hippoglossoides), mais la capture a été limitée à seulement sept individus. Les euphausiacés, les amphipodes et le zooplancton gélatineux dominaient le poids des captures dans le bassin Nansen dans les communautés mésopélagiques. Les euphausiacés étaient presque absents du bassin d'Amundsen, dominés par les copépodes, les amphipodes, les chaetognathes et le zooplancton gélatineux. Nous postulons des conditions asymétriques dans les écosystèmes pélagiques du bassin eurasien occidental et oriental causées par les régimes de circulation des glaces et des océans.

L'océan Arctique central (CAO) devient de plus en plus libre de glace pendant l'été en raison du réchauffement climatique1. Des changements océanographiques sont également en cours, à savoir un réchauffement amplifié et une augmentation de la salinité dans les eaux supérieures du bassin eurasien lié aux conditions en amont2. Cela finira par affecter l'ensemble de l'écosystème de diverses manières3,4, et des changements spectaculaires sont attendus en termes d'ampleur et de distribution spatiale de la production primaire pélagique et associée à la glace5,6,7. Pour suivre ces changements, il est urgent d'établir une cartographie de référence d'une zone peu étudiée du centre de l'Arctique. Ceci est particulièrement pertinent pour les espèces potentiellement soumises à de futures pêches8.

Des expéditions antérieures dans les eaux couvertes de glace du bassin eurasien ont commencé à cartographier la biodiversité et les densités fauniques/modèles de biomasse. Ils ont révélé que la morue polaire (Boreogadus saida) et diverses espèces de phytoplancton et de zooplancton associées à la glace et pélagiques sont présentes sous la glace et dans les parties supérieures de la colonne d'eau sous la glace5,9,10,11,12. La zonation verticale du mésozooplancton dans le bassin eurasien a également été caractérisée et synthétisée au cours des dernières décennies11,12. Certains organismes plus grands, comme le calmar crochet (Gonatus fabricii) et le zooplancton gélatineux et le necton ont été trouvés11,13, ainsi que des individus isolés de morue franche (Gadus morhua), de poisson-lanterne des glaciers (Benthosema glaciale) et de morue des glaces (Arctogadus glacialis)13. Les densités fauniques et la biomasse de la colonne d'eau cartographiée du bassin eurasien sont généralement faibles par rapport aux plateaux arctiques et aux zones méridionales11,12,14 en raison de la faible production primaire globale et donc de la disponibilité alimentaire15,16. Cependant, la présence et la distribution d'organismes plus grands et mobiles comme les poissons et le macrozooplancton ont été mal décrites dans le CAO en raison des graves difficultés d'échantillonnage de ces espèces dans les zones couvertes de glace.

Les couches de diffusion dans la zone mésopélagique (200–1000 m) sont omniprésentes dans la plupart des océans du monde17,18. Plusieurs études menées autour du périmètre du CAO ont également démontré que des couches diffusantes profondes existent dans ces régions19,20,21,22. Des études récentes confirment qu'une couche de diffusion aussi profonde est présente à la fois dans les bassins recouverts de glace d'Eurasie et d'Amérasie, mais avec une énergie de rétrodiffusion beaucoup plus faible par rapport, par exemple, à la mer de Norvège21,23. Des connaissances sur les liens entre les régimes océanographiques et la biomasse mésopélagique et la biodiversité sont nécessaires pour prédire comment ces organismes seront impactés par le changement climatique24. La présente étude comble en partie ces lacunes. Nos hypothèses étaient que les poissons pélagiques et le grand zooplancton dans le CAO (1) se produisent en plus faible abondance par rapport aux régions plus au sud, et (2) dans leur composition taxonomique reflètent les récents changements physiques dans le fait que les espèces subarctiques-boréales présentes pénètrent également dans les parties les plus septentrionales du bassin eurasien.

En août-septembre 2021, la croisière conjointe Nansen Legacy 2-2 (JC2-2) avec le R / V Kronprins Haakon a couvert un transect d'environ. 2330 km s'étendant du bassin de Nansen au nord-est du versant du Svalbard, jusqu'à 87,5o N du côté nord du bassin d'Amundsen, juste au sud de la dorsale de Lomonosov25 (Fig. 1a). La région est caractérisée par une glace de mer épaisse (concentrations allant de 30 à 90 % pendant l'enquête, Fig. 1b) et un fort afflux d'eau de l'Atlantique le long de la pente au nord de Svalbard avec un débit plus faible dans les bassins de Nansen et d'Amundsen (Fig. 1a, c). Pour tester nos hypothèses, nous avons échantillonné six emplacements avec des chaluts pélagiques modifiés pour fonctionner dans des eaux couvertes de glace (Fig. 1), couvrant à la fois les couches épipélagique (< 200 m) et mésopélagique. Cela comprenait un emplacement légèrement au nord de la pente dans le bassin de Nansen (NB1) et un emplacement dans les parties centrales du bassin de Nansen (NB2), deux emplacements sur les côtés sud et nord de la crête de Gakkel (GR1 et GR2) et deux emplacements dans le bassin profond d'Amundsen (AB1 et AB2). De plus, des sondages d'écho à six fréquences ont été enregistrés aux emplacements (Fig. 1c). Nous rapportons pour la première fois les captures effectuées par les chaluts modifiés par la glace dans les couches épi- et mésopélagiques et documentons comment ceux-ci, en combinaison avec des enregistrements acoustiques multifréquences, fournissent des informations de base sur les aspects écologiques dans les parties couvertes de glace du CAO.

Stations de chalutage pélagique et conditions physiques. Carte de l'océan Arctique (a) avec les emplacements de chalutage () dans le bassin eurasien en septembre 2021. Le débit de l'eau de l'Atlantique26 est indiqué par et désigne la région indiquée en (c). Concentration moyenne de glace de mer pendant le relevé (b). La flèche rose indique la dérive transpolaire27 et montre le contour inférieur de 500 m. Courants océaniques de profondeur moyenne de 25 à 250 m () dans le relevé (c). montrer les emplacements où les données acoustiques ont été examinées et montrer les stations CTD. Les cartes ont été réalisées avec ArcGIS Pro 2.9.5 (https://www.esri.com/en-us/arcgis/products/arcgis-pro/overview).

L'échantillonnage au chalut et acoustique a été effectué dans une région couvrant de forts gradients de glace de mer et de conditions océaniques (Fig. 2). La concentration de glace de mer a considérablement augmenté juste au nord de NB1, et NB2 et GR1 avaient des concentrations de glace de mer entre 70 et 90 % (Fig. 2a). La concentration de glace de mer aux trois endroits les plus au nord dépassait 90 %. La dérive de la glace de mer lors de l'échantillonnage n'était que modeste avec une dérive moyenne principalement d'est (nord-est ou sud-est) vers l'ouest, sauf à l'emplacement AB2 et entre l'emplacement NB2 et GR1 lorsqu'elle était inversée (Fig. 2b).

Conditions environnementales dans le bassin eurasien en septembre 2021. Concentration moyenne de la glace de mer lors de l'étude (a) et dérive de la glace de mer au moment de l'échantillonnage (b). Vitesse océanique moyenne dans la couche de profondeur 25–250 m (c), température (d) et salinité (e) dans les 500 m supérieurs. La partie de la colonne d'eau couverte par les traits de chalut (Harstad ou macroplancton ou les deux) est représentée par (en d et e) et la bathymétrie est représentée en (f). L'emplacement des emplacements des chaluts () et des stations CTD () sont indiqués dans tous les panneaux.

La vitesse, la température et la salinité ont également changé rapidement au nord de NB1 (Fig. 2c – e). À partir de 83o N environ, des eaux polaires extrêmement froides (− 1,8 °C < T < − 1,5 °C) et douces recouvraient les 100 m supérieurs. Un front de salinité de surface prononcé est apparu dans la région nord du bassin de Nansen-Gakkel Ridge (Fig. 2e), et la stratification verticale s'est renforcée vers le nord en raison de la diminution des salinités de la couche supérieure. Des eaux plus chaudes (T > 0 °C) d'origine atlantique étaient présentes en dessous de 125 à 170 m de profondeur (Fig. 2d).

Les données ADCP montées sur navire ont révélé des vitesses vers l'est atteignant 25 à 30 cms-1 le long de la pente du bassin de Nansen (Figs. 1c et 2c). Dans cette région, l'eau chaude et saline de l'Atlantique qui pénètre par le détroit de Fram (Fig. 1a) s'écoule vers l'est dans l'océan Arctique28. Notre emplacement le plus au sud NB1 était légèrement au nord de la pente et du noyau principal (situé entre les isobathes 300 et 1000 m29,30) du courant des eaux de l'Atlantique. Au lieu de cela, les données ADCP ont montré un écoulement horizontal variant rapidement près de NB1 indiquant des tourbillons à mésoéchelle (Figs. 2c et S1). Au nord de NB1 (Fig. 1c et 2c), nos courants océaniques moyens de 25 à 250 m ont montré un écoulement zonal principalement faible, c'est-à-dire aucun écoulement direct de la partie sud du transect vers les parties nord.

Douze traits de chalut ont été effectués par paires aux six endroits le long de la route : huit traits avec un chalut Harstad ciblant les poissons pélagiques et quatre traits avec un chalut à macroplancton pour capturer du zooplancton plus gros (tableau 1). Trois traits ont été remorqués dans la couche épipélagique, six traits dans les couches mésopélagiques et trois couvrant les deux couches.

Les échantillons biologiques contenaient 26 taxons, certains organismes étant identifiés au niveau de l'espèce et d'autres au niveau de la famille, de l'ordre ou du phylum (tableau 2). Les captures au chalut par les chaluts à macroplancton et Harstad ont confirmé la présence hypothétique d'omniprésence mais généralement une faible abondance d'organismes, y compris de poissons, dans le CAO. Toutes les captures au chalut Harstad étaient très petites et variaient entre 3 et 325 g nm-1 (Fig. 3a, Tableau S2). Les deux premiers traits dans le bassin de Nansen ont enregistré les captures les plus importantes (NB1e et NB1m, 164 g nm−1 et 325 g nm−1 respectivement), ainsi qu'un trait dans le bassin d'Amundsen (AB2em, 208 g nm−1). Le chalut Harstad a révélé de très faibles captures à la dorsale de Gakkel (GR1m et GR2m, 9 g nm−1 et 3 g nm−1 respectivement). Les quatre traits avec le chalut à macroplancton à mailles plus fines ont généralement donné des prises plus élevées (137–696 g nm−1) que le chalut Harstad (Fig. 3b, Tableau S2).

Composition des captures pélagiques au chalut dans le bassin eurasien. Les panneaux de gauche montrent les prises du chalut Harstad (a, c, e, g, i) et les panneaux de droite montrent les prises du chalut à macroplancton (b, d, f, h, j) en septembre 2021.

Le chalut Harstad a capturé un total de 15 taxons, à savoir Ctenophora (44%), Arthropoda (40%), Cnidaria (12%), Chaetognatha (2%), Mollusca (2%) et Teleostei (1%) en poids humide (Fig. 3a). Les euphausiacés (Meganyctiphanes norvegica, 3,6–4,0 cm, tableau S3), les amphipodes (Themisto abyssorum, 1,2–1,4 cm et T. libellula, 2,1–2,6 cm, tableau S3) et les périphyllides (Periphylla periphylla) ont le plus contribué aux captures dans le bassin de Nansen, tandis que T. libellula (3,0 –3,8 cm, tableau S3) dominaient les captures dans le bassin d'Amundsen et à la dorsale de Gakkel (Fig. 3). Pour P. periphylla, notre signalement est le plus au nord à notre connaissance. Trois familles de poissons, chacune représentée par une espèce, ont été trouvées, notamment les Myctophidae (poisson lanterne des glaciers), les Gadidae (morue polaire) et les Pleuronectidae (flétan du Groenland Reinhardtius hippoglossoides). Les quelques poissons échantillonnés comprenaient une morue polaire de 8 cm (longueur totale) (à NB1e), une larve de flétan du Groenland de 4 cm (à NB2e), trois poissons-lanternes des glaciers à NB1m (4,5, 4,5 et 5,5 cm) et un à AB1m (5,0 cm). C'est, à notre connaissance, la première fois que le poisson-lanterne des glaciers est capturé aussi loin au nord, bien que l'espèce ait été provisoirement identifiée par des enregistrements vidéo encore plus au nord dans cette région13. C'est aussi, à notre connaissance, la mention la plus septentrionale de flétan du Groenland, et la première fois qu'elle a été observée au nord du rebord du plateau dans le CAO.

Le chalut à macroplancton avait une richesse taxonomique plus élevée (23) et les captures consistaient en Arthropoda (44%), Ctenophora (38%), Chaetognatha (13%), Cnidaria (4%), Mollusca (0,6%) et Teleostei (0,2%) en poids humide (Fig. 3b). Dans le phylum Arthropoda, le copépode Calanus hyperboreus et l'amphipode Themisto libellula (2,3–2,6 cm, tableau S3) dominaient les captures, tandis que Beroe cucumis et Mertensia spp. contribué à la biomasse de Ctenophora (tableau S2). De plus, des chaetognathes (Pseudosagitta maxima, P. elegans et Eukrohnia hamata) ont été trouvés. Notamment, plus de 90% des Calanus hyperboreus et Paraeuchaeta spp. enregistrées étaient des femelles matures (Fig. S15). La biomasse des euphausiacés (Thysanoessa inermis, 1,7–2,4 cm, T. longicaudata, 1,4 cm et d'autres espèces) était également faible dans les captures au chalut de macroplancton. Bien que leur biomasse soit relativement faible, les espèces associées aux eaux chaudes telles que Nematoscelis megalops et Meganyctiphanes norvegica ont été enregistrées atteignant l'extrême nord dans les eaux arctiques. En fait, il s'agit à notre connaissance du premier enregistrement de N. megalops dans la zone d'étude. Le chalut à macroplancton a également capturé un seul poisson-lanterne des glaciers (6,5 cm) à AB1.

Comme on pouvait s'y attendre, le chalut à macroplancton a enregistré des captures plus élevées d'organismes plus petits (par exemple, les copépodes, les cténophores et les chaetognathes) par rapport au chalut Harstad (Fig. 3). Douze taxons de plancton ont été capturés uniquement par le chalut à macroplancton (tableau 2). La combinaison des résultats des captures des deux chaluts montre que certains taxons tels que Ctenophora (Beroe cucumis) et les amphipodes hyperiidés (Themisto libellula) ont été observés tout au long du transect. Les copépodes sont un autre groupe que nous prévoyons d'être représenté à toutes les stations, cependant, cela n'était pas évident car les engins que nous avons utilisés ne sont pas adaptés à la capture de mésozooplancton. Dans le chalut à macroplancton, cependant, nous avons enregistré la biomasse du plus grand Calanus hyperboreus (environ 7 mm), ceux-ci sont très probablement sous-estimés. D'autres taxons ont été prélevés uniquement dans des localités du sud ou du nord. L'amphipode Eusirus holmii et le décapode Hymenodora glacialis n'ont été trouvés qu'aux endroits les plus septentrionaux. La morue polaire et le flétan du Groenland n'ont été capturés que dans les localités du sud, tandis que le poisson-lanterne des glaciers était présent dans les localités du sud et du nord.

Les données acoustiques ont été classées à l'aide d'un seuillage séquentiel, d'une réponse en fréquence (rf 18/38) et d'une analyse de la force cible (TS) (section supplémentaire 3). Le seuillage séquentiel a montré des couches épi- et mésopélagiques à tous les endroits (Fig. 4), bien qu'avec une force variable et beaucoup plus faible que celle habituellement observée dans les mers de Norvège et de Barents. Dans le bassin de Nansen, une faible couche de diffusion acoustique (sA maximale de 0,3 à 0,4 m2 nmi-2, où sA est le coefficient de diffusion de la zone nautique (NASC)50) était présente à NB1 à 10–100 m dans de l'eau avec des températures légèrement inférieures à zéro (Fig. 4a et S16). La couche contenait principalement des diffuseurs faibles tels que capturés avec les catégories S70 et S75, et tous les organismes de cette couche avaient des forces cibles à 38 kHz (TS38) inférieures à - 55 dB (Fig. S17). La réponse en fréquence (rf18/38 = 4,0) a suggéré que des organismes contenant du gaz étaient présents. La capture correspondante du chalut Harstad (dans 60–40 m) a montré entre autres une morue polaire de 8 cm de long (tableau S2). Le TS38 moyen d'un tel poisson serait d'environ − 54 dB51. Aucune détection de TS38 de ce type n'était évidente, et la plupart des cibles acoustiques avaient un TS38 inférieur et étaient probablement des organismes planctoniques, qui dominaient également totalement les captures au chalut (Fig. 3, Tableau S2).

Rétrodiffusion acoustique dans le bassin eurasien. Profils de rétrodiffusion acoustique de six emplacements en septembre 2021 (af). Les différentes catégories de diffuseurs sont codées par des couleurs. ---- indiquent la température à partir de la station CTD la plus proche, tandis que sont les intervalles de profondeur où les chaluts ont été effectués (Harstad ou macroplancton ou les deux). Notez qu'un seul écho fort, observé à environ 265 m de profondeur à NB1 (Fig. S18) a été exclu lors du tracé de cette figure.

Par rapport aux autres stations, une couche de diffusion mésopélagique plus forte était présente à NB1 à 300–500 m de profondeur dans les températures de l'eau de l'Atlantique (1,5–2,0 ° C) (Fig. 4a et S16). L'analyse TS impliquait que la couche contenait des poissons plus gros que ceux capturés par le chalut, comme par exemple la morue polaire (section complémentaire 3). Si tel est le cas, le mode TS38 observé se traduirait par des poissons d'une longueur d'environ 7 cm51. De plus, un seul écho d'une cible à 265 m s'est démarqué avec un sA plus de 10 fois plus élevé que les autres (Fig. S18). Plus de 20 détections TS38 de cette cible étaient dans la gamme − 20 à − 32 dB.

Dans le bassin central de Nansen (NB2), de faibles échos formant une couche de diffusion ont pu être observés dans l'intervalle de profondeur de 100 à 200 m (Figs. 4b et S19). L'eau polaire très froide (− 1,8 °C < T < − 1,5 °C) occupait les 100 m supérieurs et la diffusion apparaissait à des profondeurs où la température approchait 0 °C (Fig. 4b). Toutes les cibles avaient un TS38 inférieur à -50 dB, indiquant qu'aucun poisson plus gros n'était présent. De manière constante, les captures au chalut correspondantes consistaient en un mélange de plancton gélatineux et de crustacés et d'un calmar à crochet (tableau S2). De plus, une larve de flétan du Groenland (4 cm de long) a été capturée, ce qui aurait un TS38 bien inférieur à − 50 dB puisqu'il n'a pas de vessie natatoire. La diffusion dans la couche mésopélagique était faible (Fig. 4b), mais TS38 a révélé un mode à - 52 dB (Fig. S17).

Les échogrammes des deux emplacements de la crête de Gakkel (GR1 et 2) ont montré une couche épipélagique distincte à 20–40 m de profondeur, dans les eaux polaires avec une température inférieure à − 1,5 °C (Fig. 4c, d, Figs. S20, S21). Un pic aigu de fluorescence accrue dans la colonne d'eau supérieure chevauchait la diffusion acoustique accrue (Fig. S22), ce qui implique que la diffusion provenait du zooplancton rassemblé dans une couche de phytoplancton. De manière constante, les catégories S75 et S80 au GR2 étaient plus élevées que partout ailleurs dans le transect (Fig. 4c, d), ce qui implique une composition ou une densité différente du zooplancton. Cependant, il est également possible qu'une partie de la rétrodiffusion provienne du contraste de vitesse du son dans cette pycnocline (Fig. S22). À de plus grandes profondeurs, il y avait une faible rétrodiffusion mésopélagique, avec des valeurs TS38 avec un mode pour - 54 dB (Fig. S17). La réponse en fréquence (rf 18/38 de 0,4 à 1,2) indiquait un mélange d'organismes avec et sans inclusions de gaz, tandis que les captures des chaluts de Harstad (50 à 550 m) et de macroplancton (60 à 537 m) étaient dominées par les amphipodes hyperiides arctiques (Fig. 3, Tableau S2).

Dans le sud du bassin d'Amundsen (AB1), la couche de profondeur de 25 à 30 m avait un signal acoustique plus fort qu'ailleurs dans la zone d'étude, et avec une composition et/ou une densité différente (une fraction S70 plus forte, Fig. 4e). Les enregistrements d'écho dans les eaux plus profondes étaient faibles, ce qui correspond au fait que les captures au chalut étaient dominées par un mélange d'amphipodes, de copépodes, de cténophores et de chaetognathes avec une nette prédominance d'organismes plus petits (Fig. 3 et Tableau S2). Cependant, les enregistrements TS38 en profondeur ressemblaient à ceux des emplacements les plus au sud, bien qu'avec une distribution plus large culminant à - 58 dB (Fig. S17). Néanmoins, à cet endroit également, la distribution TS38 en profondeur a révélé de nombreux enregistrements TS38 à - 54 dB. Dans le bassin central d'Amundsen (AB2), la diffusion épi- et mésopélagique était faible (Figs. 4f et S17).

L'étude a couvert un gradient allant d'un régime turbulent d'advection/mésoéchelle fortement influencé par le courant de talus de l'Atlantique dans le sud du bassin de Nansen vers un régime arctique progressivement plus prononcé à partir de ~ 83o N et vers le nord (Fig. 2). Cependant, le régime arctique avait également des eaux d'origine atlantique (T> 0 ° C) en profondeur (Fig. 2d), contenant une couche de diffusion mésopélagique distincte (Fig. 4), qui s'est avérée largement distribuée dans le CAO23. Nos captures au chalut montrent que la couche mésopélagique contient à la fois des espèces subarctiques-boréales et arctiques tout au nord jusqu'à 87,5o N (Fig. 5), ce qui concorde avec les résultats antérieurs11. Certaines des plus grandes espèces de zooplancton que nous avons trouvées sont également présentes dans le bassin amérasien, comme l'a évalué le ROV52, tandis que de nombreuses espèces de zooplancton plus petites qui s'y trouvent n'ont pas été capturées dans nos chaluts, ce qui est probablement en partie un effet des engins plutôt que de la biogéographie.

Schémas de la faune épi- et mésopélagique dominante le long du transect du bassin eurasien à partir des captures au chalut. Les organismes arctiques sont représentés en bleu et ceux subarctiques-boréaux en jaune. Les symboles des organismes définis au niveau des taxons supérieurs (qui pourraient inclure des espèces appartenant à différentes affinités biogéographiques) sont affichés en blanc. Les bulles contenant des organismes sont placées à une distance approximative de la profondeur d'échantillonnage. Notez que l'absence d'organismes plus petits comme les copépodes et les chaetognathes dans le bassin de Nansen est due à un biais d'échantillonnage, car le chalut à macroplancton n'y a pas été utilisé. Les lignes vertes montrent la force de rétrodiffusion tandis que la couleur de fond est le champ de température de la Fig. 2d.

Des captures plus élevées (Fig. 3) et une rétrodiffusion acoustique (Fig. 4a) dans la région proche de la pente dans le bassin Nansen (NB1) par rapport aux emplacements visités plus au nord sont compatibles avec l'afflux élevé de zooplancton dans le flux d'eau de l'Atlantique à la pente du sud du bassin Nansen33,35,53,54,55. Certains taxons advectés d'origine atlantique boréale, comme Meganyctiphanes norvegica, ne sont actuellement pas susceptibles de se reproduire dans le bassin eurasien11. Cependant, si le réchauffement persiste, ces espèces pourraient à l'avenir terminer leur cycle de vie dans ces eaux. Ces organismes advectifs jouent un rôle important en tant que source alimentaire substantielle pour les consommateurs de la région35.

La faune épi- et mésopélagique du sud du bassin Nansen était plus diversifiée que celle plus au nord (Fig. 5). Il comprenait des cténophores subarctiques-boréaux bien documentés, des amphipodes et des euphausiacés subarctiques-boréaux et arctiques (conformément à une synthèse de Kosobokova11), ainsi que des poissons-lanternes des glaciers et des morues polaires. Les données acoustiques ont révélé une forte cible d'écho (Fig. S18) avec des détections de TS38 dans une plage impliquant une grande morue franche (130–140 cm), ou un mammifère marin ou un gros poisson sans vessie natatoire (Section supplémentaire 3). Le candidat le plus probable est un requin du Groenland (Somniosus microcephalus), que l'on trouve couramment près de la pente dans cette zone56. Le sébaste à bec juvénile (Sebastes mentella), l'aiglefin (Melanogrammus aeglefinus), le capelan (Mallotus villosus), la morue polaire, la morue de l'Atlantique et le flétan du Groenland peuvent également être trouvés dans les couches méso- et épipélagiques plus près de la pente un peu plus à l'ouest, mais certaines espèces semblent être présentes de façon saisonnière19,21,57. De plus, des sébastes adultes et de la morue franche ont été capturés dans la couche mésopélagique juste à côté de la pente un peu plus à l'ouest21,58. Cependant, ces captures déclarées ont été prises plus près du courant du talus de l'Atlantique.

La rétrodiffusion diminue fortement dans la zone mésopélagique supérieure lors du franchissement des frontières entre les masses d'eau subpolaires et polaires59, et une telle diminution était également évidente lors du déplacement de la proche pente (NB1) vers le bassin central (NB2) de Nansen (Figs. 2 et 4a, b). Cela ne vaut rien, cependant, que notre gradient observé puisse être biaisé par la migration de cadran se produisant dans ces régions20. Étant donné que l'emplacement central du bassin de Nansen (NB2) a été échantillonné vers minuit (tableau S1), la faible diffusion en profondeur combinée à une diffusion accrue près de 150 m (Fig. 4b) peut être causée au moins en partie par des organismes qui se sont déplacés vers le haut de la couche mésopélagique plus profonde vers la surface pendant la nuit.

La couche mésopélagique contenait à peu près les mêmes espèces que près de la pente (fig. 5), avec l'ajout de calmars à crochets et d'une larve de flétan du Groenland subarctique-boréal. Le calmar Armhook semble être largement répandu dans l'Arctique13,21,52. La larve de flétan du Groenland, en revanche, n'a jamais été observée aussi loin au nord auparavant et a probablement été advectée par la branche des eaux de l'Atlantique circulant autour du plateau de Yermak (figure 1) ou par des tourbillons à moyenne échelle pendant l'été. Les tourbillons à mésoéchelle30,31 et la recirculation des eaux de l'Atlantique32 semblent être courants dans cette région. Ces caractéristiques régionales et à plus petite échelle peuvent fournir un moyen d'amener les organismes subarctiques-boréaux, entraînés par le courant d'eau de l'Atlantique21,33,34,35,36, hors de la pente et dans le bassin central de Nansen. Une autre possibilité est que la larve de flétan du Groenland provienne de la rupture du plateau dans les mers de Kara, de Laptev ou de Sibérie orientale60,61.

La couche mésopélagique du bassin central de Nansen contenait du plancton de crustacés, notamment des euphausiacés subarctiques-boréaux et des amphipodes arctiques (figure 5), mais était dominée en poids par le plancton subarctique-boréal gélatineux des eaux profondes Periphylla periphylla. L'afflux accru d'eau de l'Atlantique a peut-être fourni des conditions plus propices à la colonisation de l'Arctique européen par cette espèce au cours des dernières décennies48. Pourtant, notre record semble être le plus au nord jusqu'à présent.

Malgré une glace de mer épaisse (concentration de 80 à 90 %) et des températures basses (T < - 1,5 °C) (Fig. 2a et d), l'acoustique a révélé une couche épipélagique distincte à 20–40 m de profondeur sur la crête de Gakkel (Fig. 4c, d), éventuellement constituée d'organismes associés à une situation de prolifération. Les efflorescences d'algues de glace à l'interface glace-eau sont courantes62, mais des efflorescences de phytoplancton sous la glace se produisent également à de faibles amplitudes dans cette zone et coïncident avec un abaissement de la pycnocline à 50 m63. Les efflorescences d'algues pélagiques se produisent généralement après la débâcle, qui a souvent lieu aussi tard qu'août-début septembre dans ces régions du nord64. Les traits de chalut ne se chevauchent pas avec la rétrodiffusion la plus intense dans la couche épipélagique et ne peuvent donc pas corroborer directement les données acoustiques.

Une couche de diffusion mésopélagique était également évidente dans ces régions, bien que très faible (Fig. 4c, d). Le chalut à macroplancton à mailles fines a montré des copépodes et des euphausiacés, ainsi que des cnidaires à env. 350 m de profondeur et, à notre connaissance, le record le plus septentrional de Nematoscelis megalops (tableau 2). Cependant, les captures de macroplancton et de chalut de Harstad ont révélé une épifaune et une mésofaune dominées par des espèces arctiques (tableau S2 et fig. 5), qui peuvent éventuellement être liées à la dérive transpolaire27 (fig. 1b). Des études antérieures ont émis l'hypothèse que les amphipodes arctiques (bien qu'il s'agisse des espèces les plus sympagiques)65 et la morue polaire9 suivent la dérive des glaces de l'est vers l'ouest du bassin Nansen.

Les captures au chalut (Fig. 3) et les enregistrements acoustiques (Fig. 4e, f) ont révélé de très faibles concentrations de zooplancton et de poissons lors de l'entrée dans le sud du bassin d'Amundsen (AB1) largement couvert de glace (> 90 %), froid et hautement stratifié (Fig. 2d, e). Aucune capture n'a été effectuée pour corroborer le pic acoustique observé à 25–30 m de profondeur dans le sud du bassin d'Amundsen (Fig. 4e), mais le chalutage à macroplancton des couches plus profondes a révélé une forte biomasse de copépodes dans cette région (Tableau S2).

Les prises dans la couche mésopélagique du bassin d'Amundsen consistaient en un mélange de plancton gélatineux et de crustacés et de chaetognathes, et les seuls poissons capturés étaient quelques individus de poissons-lanternes des glaciers dans les parties sud de ce bassin (figures 3 et 5). Cependant, le pic de TS38 observé à – 55 à 54 dB (Fig. S17) était considérablement plus fort que les estimations précédentes d'environ – 62 dB pour le poisson-lanterne des glaciers adulte66. Étant donné que les données TS ont été filtrées pour être à moins de 2° de l'axe acoustique avant l'analyse, ce résultat ne doit pas être biaisé en raison d'un rapport signal/bruit réduit dans les parties extérieures du faisceau. De plus, des modes similaires (− 55 à 52 dB) étaient évidents à tous les endroits au sud de AB1. Si ces échos plus forts provenaient par exemple de cabillaud polaire, nos données TS38 impliquent que des cabillauds polaires de longueurs 6–9 cm51 étaient présents dans la plupart des endroits, bien qu'à des concentrations trop faibles pour être capturées par les chaluts.

Des espèces subarctiques-boréales telles que l'euphausiacé expatrié de l'Atlantique boréal11 Meganyctiphanes norvegica ont été observées jusqu'à 87,5o N dans le bassin d'Amundsen (tableau 2). Ces résultats appuient notre hypothèse selon laquelle la composition pélagique est déterminée par les origines dominantes des masses d'eau, mais avec la présence d'espèces subarctiques-boréales également dans les parties les plus septentrionales. De plus, étant donné que la forte direction topographique fait que les eaux de l'Atlantique suivent principalement les pentes et les crêtes plutôt que de traverser les bassins profonds26,28 (Fig. 1a, c), il est plus probable que ces espèces subarctiques-boréales aient atteint les régions les plus septentrionales par advection à travers l'est des bassins de Nansen et peut-être d'Amundsen. Les longs temps d'advection du détroit de Fram (2 à 5 ans) et de la mer de Barents (10 à 15 ans) au bassin d'Amundsen67 peuvent impliquer que les espèces de krill peuvent actuellement vivre leur cycle de vie complet dans l'Arctique. Néanmoins, comme M. norvegica a un cycle de vie de plus de 3 ans68, il est impossible de tirer des conclusions définitives à ce sujet. Une capacité accrue à compléter le cycle de vie dans l'Arctique a récemment été proposée pour une autre espèce de zooplancton boréal-atlantique, Calanus finmarchicus69.

Dans le bassin central d'Amundsen (AB2), les captures ont révélé une forte présence de plancton gélatineux (cténophores), comprenant à nouveau des espèces subarctiques-boréales (Fig. 5). Des individus hivernants de trois espèces de cténophores ont été observés dans la mer de Chukchi, ce qui conduit à une hypothèse proposée selon laquelle ils peuvent survivre l'hiver sous la glace de mer dans l'Arctique côtier grâce à la disponibilité continue de proies liées à une productivité élevée, y compris la production par les algues de glace70. Les cténophores avaient en général une large distribution dans les bassins Nansen et Amundsen et ont été observés à tous les endroits (Fig. 5, Tableau 2). Ces observations concordent avec celles des 100 m supérieurs du bassin Canada71. Le chalut à macroplancton à mailles plus fines a également montré la présence de Calanus spp., Themisto spp., Pseudosagitta et Eukrohnia spp. (Tableau S2). Ces organismes relativement petits sont clairement mal représentés dans le chalut Harstad qui est conçu pour capturer des poissons.

Nos résultats montrent que les densités de poissons et de leurs proies dans les bassins Nansen et Amundsen sont très faibles par rapport aux régions plus au sud. Les taux de capture observés sont inférieurs de deux ordres de grandeur à ceux du courant de talus au nord du Svalbard19,21. De plus, la rétrodiffusion acoustique est de deux ordres de grandeur inférieure à celle des eaux du nord du Svalbard22,58,72, une région qui à son tour a une rétrodiffusion d'un ordre de grandeur inférieure à la mer de Norvège21. Cela confirme notre hypothèse selon laquelle les poissons pélagiques et le grand zooplancton du CAO ont une abondance plus faible par rapport au sud, bien que les abondances soient encore plus faibles que prévu. De plus, des études récentes ont montré des densités plus faibles dans les bassins occidentaux de Nansen et d'Amundsen par rapport à leurs parties orientales13. Ainsi, bien qu'elle soit plus proche de la région d'afflux dans le détroit de Fram, la densité de poissons et d'autres organismes pélagiques dans le bassin occidental profond de Nansen semble être plus faible que plus à l'est. Dans le même temps, la composition biogéographique reflète la connectivité avec l'afflux de l'Atlantique. On ne sait toujours pas si l'ajout d'espèces non trouvées plus tôt dans la région d'étude est le résultat d'un apport accru ou plus fréquent ou d'un effort de recherche accru.

Un réchauffement substantiel, la perte de glace de mer subséquente et l'influence accrue des espèces subarctiques-boréales ont été documentés dans la région de la pente ouest du bassin Nansen2,34,53. Cependant, pour le bassin Nansen profond hors pente, les changements les plus importants de la glace de mer estivale se sont produits dans les parties orientales1. Les changements de la glace de mer estivale dans le bassin occidental profond de Nansen sont beaucoup plus faibles en raison de la dérive transpolaire qui amène continuellement la glace de mer vers l'ouest dans la région et plus loin vers le détroit de Fram27 (Fig. 1b). De plus, les bassins orientaux de Nansen et d'Amundsen sont également influencés par l'afflux de l'Atlantique en provenance de la mer de Barents (Fig. 1a). La mer de Barents et le bassin oriental de Nansen connaissent actuellement une atlantification prononcée avec une boréalisation associée de l'écosystème2,73. Par conséquent, les parties orientales de ces bassins pourraient être plus productives et avoir de meilleures conditions de vie pour les espèces subarctiques-boréales que leurs parties occidentales.

La surveillance acoustique et l'échantillonnage au filet dans les eaux couvertes de glace posent des défis. L'utilisation des données acoustiques multifréquences des navires de recherche est une avancée méthodologique majeure qui facilitera la cartographie et la surveillance du biote dans les eaux couvertes de glace. Cependant, le bruit élevé et le blocage du signal acoustique généré par le processus de déglaçage entraînent des limitations. À l'arrêt, cependant, l'instrumentation a fourni des données acoustiques avec un rapport signal sur bruit acceptable pour une utilisation à plusieurs fréquences dans la colonne d'eau supérieure, et avec les fréquences les plus basses (18 et 38 kHz) jusqu'à au moins 500 m. La même conclusion a été tirée de l'utilisation des données acoustiques à 18 kHz d'un croisement CAO avec le N/R Oden23. Nous notons cependant qu'en raison de la réduction du rapport signal sur bruit avec la distance, seuls les TS des organismes plus gros ont été détectés à quelques centaines de mètres.

Le chalutage pélagique dans les eaux couvertes de glace avec un équipement ordinaire est difficile car les banquises flottant derrière le navire peuvent facilement détruire le filet lors du déploiement ou de la récupération. Des échantillons de chalut sous glace ont déjà été obtenus avec un chalut de surface et sous glace9,74, mais les chaluts à poissons pélagiques n'ont jusqu'à présent pas été utilisés dans le CAO en raison de son épaisse couverture de glace23. Nos résultats montrent que seules de modestes adaptations d'un chalut pélagique ordinaire (chalut Harstad) utilisé en routine sur les navires de recherche norvégiens pour l'estimation de l'abondance et de la biomasse des poissons, ont bien fonctionné dans les eaux couvertes de glace. Nous avons utilisé des potences de chalut à glace pour déplacer les blocs de remorquage au centre de la poupe du navire, fermant ainsi le chalut avant qu'il n'atteigne la surface lors de la récupération et avant de couler sous la surface lors de la pose. De plus, le chalut a été légèrement modifié en réduisant la flottaison et en ajoutant du poids au cul de chalut. Cela a fait pendre le chalut presque verticalement à la poupe du navire pendant le déploiement et la récupération, ce qui a encore réduit le problème de la glace de mer entrant dans le chalut. Pour le plus petit chalut à macroplancton, la seule modification apportée a été l'ajout de 40 kg au cul de chalut.

Le remorquage horizontal d'un chalut présente des avantages évidents par rapport à d'autres méthodes d'échantillonnage (comme les filets maillants, les lignes de pêche, les filets remorqués verticaux ou la vidéo), en particulier pour les densités extrêmement faibles comme dans le CAO. Remorquant un à deux milles nautiques, comme lors de cette campagne, le chalut Harstad a filtré environ 500 000 à 1 000 000 m3 d'eau. Néanmoins, avec son ouverture verticale de 10 à 12 m (tableau 1) et des temps de remorquage relativement courts, le chalut est encore trop petit pour obtenir des captures importantes à ces densités, malgré l'utilisation de la même vitesse de remorquage qu'en eaux libres de glace. Avec des taux de capture maximum d'environ 325 et 696 g nm-1 (chalut Harstad et chalut à macroplancton, respectivement), il existe des incertitudes quant à savoir si la composition des captures reflète la composition réelle des organismes dans la mer. Les différentes capturabilités des chaluts Harstad et macroplancton ajoutent une complexité supplémentaire à ce problème. L'utilisation d'un chalut plus grand serait sans aucun doute une approche plus efficace pour attraper du poisson, mais entraînerait également de graves complications concernant les opérations dans les eaux couvertes de glace. Pour capturer des organismes plus petits (par exemple, des copépodes), des filets plus petits comme WP2 ou Multinet avec des mailles de 180 µm sont plus efficaces.

En 2021, un accord de pêche du CAO est entré en vigueur (www.fao.org/faolex/results/details/en/c/LEX-FAOC199323). En plus d'empêcher la pêche en haute mer du CAO au moins jusqu'en 2037, l'accord prévoit la mise en place d'un programme conjoint de recherche scientifique et de surveillance dans le but d'améliorer la compréhension des écosystèmes. Un projet de plan pour un tel programme a souligné la nécessité d'une cartographie de référence, d'un suivi et d'une recherche8.

En utilisant des chaluts et des gréements modifiés pour être utilisés dans les eaux couvertes de glace, en combinaison avec une acoustique multifréquence de pointe, nos résultats contribuent directement à la cartographie de base de l'écosystème CAO alors qu'il est encore aujourd'hui encore couvert de glace pendant la majeure partie de l'année. Nos résultats montrent qu'à l'heure actuelle, les densités de poissons d'importance écologique et économique et de leurs proies dans les bassins occidentaux de Nansen et d'Amundsen du CAO sont extrêmement faibles. Des études de modèles concluent également que le potentiel de production de la région est trop faible pour justifier la pêche commerciale à l'avenir2,7.

Deux chaluts pélagiques ont été utilisés et modifiés pour réduire les dommages causés par la glace à la surface. Le chalut pélagique norvégien standard pour les poissons pélagiques (capelan, hareng et juvéniles) dans les zones septentrionales (chalut Harstad 32075) a été utilisé avec un gréement modifié. Le chalut (~ 250 m2 de surface d'ouverture) est calibré de 200 mm de maille à l'avant du chalut à 60 mm avant le cul de chalut. Le cul de chalut est doté d'un filet à mailles de 8 mm. Le gréement modifié comprenait du fil au lieu de balayages spectra (tous deux de 60 m de long), réduisant la flottabilité totale du chalut (de 1047 à 50 kg), et appliquant des poids de 150 kg devant chaque aile inférieure et un poids de 40 kg à l'extrémité du cul de chalut. Le chalut Harstad modifié pour la glace avait une hauteur d'ouverture moyenne comprise entre 9,6 et 12,4 m et un écartement moyen des portes de 44,7 à 71,5 m (tableau 1).

Le chalut à macroplancton de 92 m (zone d'ouverture du chalut de ~ 36 m2; réf.76,77 a été utilisé avec un gréement ordinaire, sauf qu'un poids de 40 kg a été ajouté à la partie arrière du cul de chalut. Le chalut à macroplancton est un chalut non gradué avec une ouverture de maille de 8 mm (EN ISO 1107:2003) de l'avant du chalut au cul de chalut.

Le chalutage a été effectué dans des chenaux avec de la glace nouvelle très mince (section supplémentaire 2). La profondeur de pêche a été déterminée par des enregistrements acoustiques sur l'EK80. Avec des enregistrements acoustiques faibles, un chalut a été calé à ~ 50 m et un autre dans la couche de profondeur mésopélagique de 300 à 450 m23. Avant chaque déploiement, les ailes supérieures du chalut étaient montées avec une corde fine pour empêcher la glace de pénétrer dans le chalut pendant le tir. Cette corde s'est rompue lors du déploiement des panneaux de chalut en raison des forces de propagation horizontales. La vitesse du navire a été réduite pendant le tir du chalut et l'ouverture de la porte pour augmenter le taux de descente du chalut (c'est-à-dire que le chalut pendait presque à la verticale derrière le navire). Lorsque les portes se trouvaient à environ 4 à 6 m de profondeur, le navire augmentait sa vitesse et les funes se déployaient comme lors d'un chalutage pélagique ordinaire. Le chalut Harstad a été remorqué à 1,5 ms−1 tandis que le chalut à macroplancton a été remorqué à 1,0 ms−1 (vitesse sur le fond—SOG) pendant ~ 30 min à différentes profondeurs (tableau 1), soit les mêmes vitesses que celles utilisées dans les eaux libres de glace. Au fur et à mesure que le chalut s'approchait de la surface pendant la remontée, le navire réduisait sa vitesse pour permettre aux panneaux et au chalut de venir sur le pont à un angle vertical près de la poupe du navire (c'est-à-dire que le chalut pendait presque à la verticale derrière le navire). Le navire utilisait des potences de chalut à glace Seaonics (système automatisé pour déplacer les blocs de remorquage au centre de la poupe du navire) lorsque l'épaisseur et le volume de la glace de mer étaient élevés. L'ouverture verticale du chalut (chalut Harstad uniquement), la profondeur du chalut, l'ouverture et la profondeur de la porte ont été mesurées à l'aide d'instruments de chalut acoustiques (SCANMAR AS, Åsgårdstand, Norvège).

Les captures au chalut ont été triées immédiatement et les organismes ont été identifiés au niveau de l'espèce lorsque cela était possible. Les poissons ont été pesés et leur longueur mesurée. L'excès d'eau a été délicatement filtré des échantillons de macrozooplancton (euphausiacés, amphipodes, etc.) à l'aide d'un tamis de 1 mm. Des sous-échantillons représentatifs de 100 g ont été conservés dans une solution de formol tamponnée à l'hexamine à 4 % dans des bouteilles en plastique de 500 ml. Les échantillons conservés étaient des espèces identifiées dont la longueur a été mesurée, lorsque cela était possible, au laboratoire de l'IMR. L'Institut de recherche marine adhère pleinement aux lois norvégiennes relatives à l'éthique scientifique ainsi qu'au bien-être animal. L'Institut de recherche marine est un institut de recherche gouvernemental autorisé à effectuer des croisières de recherche comprenant des échantillonnages de poissons par le gouvernement norvégien. Toutes les méthodes ont été réalisées conformément aux directives et réglementations en vigueur. Toutes les méthodes sont rapportées conformément aux directives ARRIVE. Aucune expérience n'a été effectuée sur des organismes vivants.

Les protocoles d'échantillonnage ont été approuvés par l'Institute of Marine Research (IMR Quality system https://kvalitet.hi.no/docs/pub/DOK06839.pdf) et l'UiT The Arctic University of Norway qui dirige le projet Nansen Legacy (https://doi.org/10.7557/nlrs.5882).

Les données acoustiques ont été obtenues à partir d'un échosondeur Simrad EK80 monté derrière une fenêtre de glace sous la coque. Le sondeur a été calibré selon les procédures standard78 le 19.01.2021. Seules les données des périodes où le navire était stationnaire ont été utilisées en raison du bruit mécanique lorsque le navire se déplaçait dans la glace de mer. Une heure de données acoustiques sans bruit a été sélectionnée aussi près que possible des emplacements de chalut (Fig. 1c, Tableau S1). L'application d'un seuil de − 90 dB a donné des données de sondeur jusqu'à au moins 500 m pour les fréquences 18 et 38 kHz. La plage utilisable était moindre pour les fréquences plus élevées (pour 70 kHz environ 400 m, pour 120 kHz environ 200 m, pour 200 kHz environ 100 m et pour 333 kHz moins de 50 m).

Le seuil de l'intégrateur d'écho en termes de Sv en dB a été fixé à − 90 dB re 1 m−1 (réf.50). La fréquence de 38 kHz a été utilisée pour déterminer l'intensité de la rétrodiffusion. L'analyse a été effectuée dans l'outil de post-traitement LSSS v. 2.11.0 (réf.79). La sortie des données de rétrodiffusion était sous la forme de sA, et toutes les définitions et notations des quantités acoustiques étaient conformes à Maclennan50 (voir la section supplémentaire 3 pour plus de détails). Les données ont été intégrées sur la période de temps et stockées sur une grille de 10 m de profondeur et 1 h (3600 s).

Pour illustrer comment la rétrodiffusion acoustique totale était distribuée le long d'un axe allant des diffuseurs faibles aux diffuseurs forts, le sA a été classé en cinq classes selon leur sV par seuillage séquentiel à 38 kHz. Les cinq catégories utilisées étaient S70, S75, S80, S85 et S90 (section supplémentaire 3), où S70 représente les organismes avec la force cible (TS) la plus forte et/ou la densité la plus élevée, tandis que S90 représente l'organisme avec la TS la plus faible et/ou la densité la plus faible.

Différents types d'organismes de même taille ont souvent des propriétés acoustiques différentes à différentes fréquences, et la distribution des types d'organismes diffusants a été évaluée à l'aide de la réponse en fréquence en sV. Les différentes fréquences ont été considérées jusqu'à leurs plages acceptables, et nous donnons la réponse en fréquence relative entre 18 et 38 kHz (rf18/38) lorsque cela est possible.

Nous avons identifié le type d'organismes présents par des mesures de TS de diffuseurs individuels. Nous avons principalement considéré la mesure TS à partir du 38 kHz, mais les TS à partir de 18 kHz ont également été évalués lorsqu'ils étaient disponibles. Les fréquences les plus hautes n'ont été prises en compte que lorsque nous avons enregistré des inscriptions extraordinaires (comme au NB1). Les mesures TS ont été identifiées dans LSSS à l'aide des paramètres suivants : type de détecteur SED (détecteur d'écho unique), Min TS - 70 dB, niveau de détermination de la longueur d'impulsion : 6 dB, longueur d'écho minimale : 0,5 (par rapport à la longueur d'impulsion), longueur d'écho maximale 2,0 (par rapport à la longueur d'impulsion), compensation de gain maximale 6 dB, vérification de l'écart de phase : activé. Déviation de phase maximale : 8 étapes. Par la suite, nous avons filtré les données en les limitant à moins de 2° hors axe pour éviter que les distributions TS ne soient biaisées vers des valeurs plus élevées en raison d'un rapport signal/bruit réduit dans les parties extérieures du faisceau.

La concentration et la dérive de la glace de mer pendant la période de croisière ont été obtenues auprès de l'EUMETSAT Ocean and Sea Ice Satellite Application Facility (OSI SAF), en collaboration avec l'ESA CCI (https://osi-saf.eumetsat.int/products/sea-ice-products). La concentration quotidienne de glace de mer à partir des données satellitaires passives à micro-ondes provient de l'enregistrement provisoire des données climatiques (OSI-430-b80) et est fournie quotidiennement sur une grille avec une résolution de 25 km. Les vitesses de dérive de la glace de mer proviennent du produit de dérive de la glace de mer à basse résolution (OSI-405-c) et sont quotidiennes à une résolution de 62,5 km.

Les observations des courants océaniques ont été obtenues à partir du profileur de courant Doppler acoustique RDI 150 kHz (ADCP) monté derrière la fenêtre de glace sous la coque. Le post-traitement des données ADCP a été effectué à l'aide du Système commun d'accès aux données océanographiques81. Les marées ont été supprimées à l'aide du modèle de marée AOTIM82. L'ADCP monté sur le navire a renvoyé des données de 25 à 250–350 m de profondeur. Des données ADCP relativement continues ont été enregistrées pendant le transit jusqu'à environ 82,5o N. Au nord de celle-ci, VM-ADCP ne fournissait des données que lorsque le navire était à l'arrêt. Pour conserver la haute résolution lors de la traversée du courant de la pente des eaux de l'Atlantique, les données ADCP de 80,5o N à 82,5o N ont été quadrillées sur un vecteur le long de la trajectoire avec une résolution horizontale de 10 km. Au nord de celle-ci, les données ADCP ont été extraites de chaque station CTD (à moins de 0,5 km de la station), puis moyennées pour obtenir un profil vertical de vitesse à la station CTD. Cette vitesse renvoyée le long d'un vecteur avec une résolution horizontale de 10 km jusqu'à 82,5o N et la résolution des stations CTD au nord de celui-ci.

La température et la salinité ont été mesurées à l'aide d'un Seabird 911plus CTD au niveau et entre les stations de chalutage (Figs. 1c, 4d, e). Le CTD était équipé d'un fluoromètre WET Labs et d'un système de rosettes pour la collecte d'échantillons d'eau. Les capteurs de conductivité, de température, de profondeur et d'oxygène sont entretenus et calibrés une fois par an par le fabricant (Seabird). Des échantillons d'eau in situ pour l'étalonnage de la salinité (capteur de conductivité) ont été prélevés à chaque station à la profondeur maximale.

Les données de croisière analysées dans l'étude sont disponibles au Centre norvégien de données marines. Les données CTD sont disponibles sur https://doi.org/10.21335/NMDC-1814168447, les données ADCP sur https://doi.org/10.21335/NMDC-1175579976, les données sur les prises au chalut sur https://doi.org/10.21335/NMDC-194651742 et les données acoustiques sur https://doi.org/10. 21335/NMDC-1275935147. Les données sur la glace de mer sont disponibles sur https://osi-saf.eumetsat.int/products/sea-ice-products.

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Cette étude a été soutenue par le Conseil de la recherche de Norvège dans le cadre du projet Nansen Legacy (276730). Les auteurs sont reconnaissants au capitaine et à l'équipage du R/V Kronprins Haakon qui ont fait un excellent travail en modifiant les chaluts et en établissant des routines de chalutage dans les eaux couvertes de glace. Nous tenons également à remercier Espen Bagøien qui a préparé l'équipement et les manuels pour l'échantillonnage et Herdis Langøy Mørk et Jon Rønning qui ont analysé les échantillons de laboratoire.

Institut de recherche marine, Nordnes, BO Box 1870, 5817, Bergen, Norvège

Randi B. Ingvaldsen, Elena Eriksen, Harald Gjøsæter, Arill Engås, Heather Cannaby et Padmini Dalpadado

Institut de recherche marine, Framsenteret, Stakkevollan, PO Box 6606, 9296, Tromsö, Norvège

Birte Katarina Schuppe & Karen M. Assmann

UIT The Arctic University of Norway, Hansine Hansens veg 18, 9037, Tromsö, Norvège

Bodil A. Bluhm

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RBI, EE et AE ont planifié l'échantillonnage. AE a géré la modification du chalut Harstad avec l'équipage du R/F Kronprins Haakon. BKS, KMA et BAB ont effectué l'échantillonnage de l'enquête. EE et PD ont vérifié les échantillons de capture et HG ont examiné les données de l'échosondeur. KMA a traité les données sur la glace de mer et HC a traité les données VM-ADCP. Tous les auteurs ont contribué à l'analyse et à la rédaction du manuscrit.

Correspondance avec Randi B. Ingvaldsen.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Ingvaldsen, RB, Eriksen, E., Gjøsæter, H. et al. Les observations sous la glace par les chaluts et l'acoustique multifréquence dans l'océan Arctique central révèlent l'abondance et la composition de la faune pélagique. Sci Rep 13, 1000 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-27957-x

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Reçu : 06 juin 2022

Accepté : 10 janvier 2023

Publié: 18 janvier 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-023-27957-x

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