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Multum Sargassum !
Les satellites révèlent la prolifération des sargasses dans l'Atlantique
Multum Sargassum!
Satellites reveal the spread of Sargassum across the Atlantic
Dans le cadre du projet SAREDA (SArgassum Evolving Distribution in the Atlantic), l'Institut Méditerranéen d'Océanologie (MIO) et le Centre de Données et Services AERIS/ICARE ont mis en place un système de surveillance des sargasses dans l'Atlantique à partir des données spatiales de l'instrument MODIS de la NASA.

Les sargasses (espèces Sargassum fluitans et natans) sont des algues pélagiques, c'est-à-dire qui se développent en pleine mer. Constituées de petites branches ramifiées de quelques dizaines de centimètres, munies de flotteurs, les sargasses dérivent à la surface de l'océan au gré des courants et peuvent s'enchevêtrer les unes aux autres pour former des amas assez denses. Ces amas prennent généralement la forme de longues lignes alignées dans le lit du vent (appelées 'wind rows'), mais peuvent également former des agrégations plus compactes de plusieurs dizaines à plusieurs centaines de mètres. A l'échelle supérieure, ces structures s'organisent en filaments qui peuvent s'étendre sur plusieurs dizaines de kilomètres, visibles par satellite. Leur épaisseur sous la surface peut atteindre plusieurs mètres.
In the frame of the SAREDA (SArgassum Evolving Distribution in the Atlantic) project, the Mediterranean Institute of Oceanography (MIO) and the AERIS/ICARE Data and Services Center implemented a system that monitors Sargassum in the Atlantic from space using observations from NASA's MODIS instrument.

Sargassum (Sargassum fluitans et natans species) are pelagic algae, i.e. they grow in the open sea. They are made of small branches, a few tens of centimeters long, with floating bladders. They drift at the ocean surface, carried by currents and winds, and can get entangled and form large dense mats. Those aggregations usually form long lines along the wind direction (called 'wind rows'), and can also form compact slicks several hundred meters wide. At larger scale, those structures stretch over tens of kilometers and can be visible from space. They can extend over several meters under the surface.
Source: IRD/Patrick Queneherve
Source: MIO/OSU Pythéas/Sandrine Ruitton
Source: Monaco Explorations/Olivier Borde
Branche de sargasses (gauche) et amas flottant vu de dessus (centre) et sous la surface (droite)
Sargassum branch (left) and floating mat observed from above (middle) and under (right) the surface
Les sargasses sont historiquement connues pour peupler le centre de la gyre subtropicale de l'Atlantique Nord, au large de la Floride. Cependant depuis 2011, leur zone de présence a radicalement changé, ainsi que leur abondance, avec des conséquences importantes. Ces sargasses prolifèrent maintenant dans une large région de l'Atlantique tropical, allant des Antilles jusqu'en Afrique de l'Ouest. Lorsqu'elles s'approchent des côtes, ces quantités d'algues occasionnent des échouements massifs sur les plages, qui nuisent gravement à la faune et la flore sous-marine, la pêche, le tourisme.
Sargassum are historically known to populate the center of the North Atlantic subtropical gyre, off Florida. However, since 2011 their region of presence has changed drastically, and so did their abundance, with huge consequences. Those Sargassum now proliferate in a large tropical region of the Atlantic, from the Antilles to West Africa. When they get close to the coasts, those algae massively strand onto the beaches, harming underwater flora and fauna, fishing industry, and tourism.
Source: gouvernement.fr
Echouement de sargasses à Saint-François, Guadeloupe
Sargassum stranding in Saint-François, Guadeloupe
Les scientifiques du MIO étudient la biologie des ces algues, leur écologie et en particulier le transport des sargasses dans l'Atlantique, pour mieux comprendre l'origine de ces proliférations et expliquer les fluctuations des abondances au cours du temps. L'observation systématique à grande échelle sur de longues périodes est nécessaire pour parvenir à comprendre ces processus. Seule l'observation depuis l'espace rend cette étude possible. Le MIO s'est associé au Centre de Données et Services AERIS/ICARE, spécialisé dans l'exploitation massive des données spatiales d'observation de la Terre, pour produire des cartes journalières et mensuelles de sargasses dans toute leur zone de présence : Golfe du Mexique, Mer des Caraïbes, et Atlantique.
Plusieurs satellites permettent d'observer les sargasses depuis l'espace, grâce à des caractéristiques instrumentales révélant la présence de végétaux. C'est le cas par exemple de l'instrument MSI (Multispectral Instrument) à bord du satellite Sentinel-2 de l'Agence Spatiale Européene (ESA) à 786 km d'altitude, dont la haute résolution spatiale (10 m) permet aisément de distinguer les amas de sargasses. C'est le cas aussi de l'instrument MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) embarqué sur les satellites Terra et Aqua de la NASA (National Aeronautics and Space Administration) à 705 km d'altitude. Malgré une résolution spatiale de 1 km, les caractéristiques multispectrales de MODIS permettent de révéler la présence de sargasses dans un pixel de 1 km et d'en estimer la quantité. L'avantage de MODIS est d'offrir quasiment 2 observations par jour (Aqua et Terra) de toute la zone d'étude depuis 2000, ce qui permet de suivre l'évolution saisonnière et annuelle des sargasses.
MIO scientists study the biology and the ecology of those algae, specially their transport in the Atlantic, in order to understand the origin of that proliferation, and explain the variations of their abundance over time. Routine large-scale observation over long periods of time is necessary to undertand those processes. Only remote sensing from satellites makes that possible. MIO partnered with AERIS/ICARE Data and Services Center, expert in massive processing of satellite observations, to produce daily and monthly maps of Sargassum in the regions where they are present: Gulf of Mexico, Caribbean Sea, and Atlantic Ocean.
Several satellites can observe Sargassum from space, thanks to instrumental characteristics that can reveal the presence of vegetation. For example the MSI (Multispectral Instrument) on board ESA's (European Space Agency) Sentinel-2 satellite at 786 km altitude, with a high spatial resolution (10 m), easily reveals the Sargassum aggregations. The MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) instrument on board NASA's (National Aeronautics and Space Administration) satellite at 705 km altitude is also used for that purpose. Although MODIS spatial resolution is only 1 km, its spectral characteristics can reveal the presence of Sargassum in a 1 km pixel and provide quantitative estimates of their abundance. MODIS has the advantage to observe the region of interest almost twice a day (Terra and Aqua) since 2000, providing an opportunity to monitor the seasonal and annual variations of Sargassum.
Source: AERIS/ICARE/NASA
Source: Copernicus/Sentinel Hub/ESA
Amas de sargasses observés depuis l'espace le 3 juin 2018 par Terra/MODIS au sud de Porto Rico (gauche) et par Sentinel-2/MSI à l'est de la Martinique (droite). L'image MODIS est une superposition de l'indice de sargasses AFAI (Alternative Floating Algae Index) sur l'image en couleurs naturelles. L'image MSI représente le NDWI (Normalized Difference Water Index) en fausses couleurs.
Sargassum mats observed from space on June 3, 2018 by Terra/MODIS south of Puerto Rico (left) and by Sentinel-2/MSI east of Martinique (right). The MODIS image is the Sargassum index AFAI (Alternative Floating Algae Index) over a natural-color image. The MSI image is a false-color NDWI (Normalized Difference Water Index) image.
Les skippers qui naviguent dans l'Atlantique connaissent bien les sargasses et la gêne qu'elles représentent. Les grands amas flottants sont tellement denses qu'il est difficile pour un voilier de les traverser. Les sargasses se prennent dans les parties saillantes du voilier : la quille, les foils, les safrans, au point de réduire considérablement la vitesse du bateau ou même de l'immobiliser, obligeant le skipper à manoeuvrer, voire à faire marche arrière. Les sargasses bloquent aussi l'hélice de l'hydrogénérateur, le rendant inutilisable pour produire l'électricité nécessaire au fonctionnement de l'électronique de bord et la production d'eau douce.
Lors de l'édition 2020 de la course du Vendée Globe, les skippers ont eu la surprise de croiser de grandes quantités de sargasses au large du Cap Vert à la mi-novembre 2020 en faisant route vers le sud. Le MIO et ICARE ont alors mis en place un système capable de produire automatiquement des cartes de distribution des sargasses dans l'Atlantique équatorial basées sur les observations MODIS des jours précédents. Ces cartes ont été mises à disposition des participants du Vendée Globe pour faciliter leur remontée vers le nord. Bien que navigant dans une zone plus favorable au retour, les skippers ont à nouveau subi la présence de sargasses sur leur route.
Skippers sailing in the Atlantic know Sargassum and the trouble they cause. The big floating mats are so dense that a sailboat can hardly sail through. Sargassum get entangled in the protuding parts of the boat: keel, foils, rudders, to a point the boat drastically slows down or even stops, forcing the skipper to maneuver or even steer in reverse. Sargassum also jam the propeller of the hydrogenerator, disabling the electric power supply used for electronics and fresh water production.
During the 2020 edition of the Vendée Globe race, the skippers were surprised to encounter large amounts of Sargassum off the Cape Verde Islands in mid-November 2020, while sailing southwards. MIO and ICARE implemented a monitoring system capable to automatically produce maps of Sargassum occurrence in the Atlantic, based on MODIS observations acquired over the previous days. Those maps were made available to the Vendée Globe participants to facilitate their return route northwards. Although the skippers followed a more favorable route on the way back, they had to put up with Sargassum again.
Source: Kevin Escoffier/PRB/Vendée Globe
Sargasses projetées sur le pont du monocoque PRB skippé par Kevin Escoffier au large du Cap Vert le 16 novembre 2020 dans la course du Vendée Globe.
Sargassum scattered over the deck of monohull PRB skippered by Kevin Escoffier off Cape Verde on November 16, 2020 in the Vendée Globe race.
Source: AERIS/ICARE
Carte d'occurrence de sargasses sur la période du 9 au 18 novembre 2020 produite par le MIO et ICARE (en haut à gauche) et trajectoire des bateaux du Vendée Globe au large du Cap Vert lors de leur route vers le sud le 16 novembre 2020 (en haut à droite). Carte similaire pour la période du 31 décembre 2020 au 19 janvier 2021 (en bas à gauche) et trajectoire des bateaux lors de leur remontée vers le nord le 19 janvier 2021 (en bas à droite).
Map of Sargassum occurrence from November 9 to 18, 2020 produced by MIO and ICARE (top left) and tracks of the Vendée Globe boats sailing southwards off Cape Verde on November 16, 2020 (top right). Similar map from December 31, 2020 to January 19, 2021 (bottom left) and tracks of the boats sailing northwards on January 19, 2021 (bottom right).
Le projet SAREDA est financé par le Centre National d'Etudes Spatiales (CNES) et l'Institut de Recherche pour le Développement (IRD). Pour plus d'informations, veuillez contacter Leo Berline (MIO) pour les questions scientifiques, ou Jacques Descloitres (AERIS/ICARE) pour les questions techniques.
Texte et illustrations par Jacques Descloitres, contributions de Léo Berline.
The SAREDA project is funded by the National Centre for Space Studies (CNES) and the French National Institute for Sustainable Development (IRD). For further information, please contact Leo Berline (MIO) for questions related to science, or Jacques Descloitres (AERIS/ICARE) for technical questions.
Text and images by Jacques Descloitres, with contributions from Léo Berline.