La modélisation de l’écosystème couvre la colonne d’eau et le sédiment, dans le but de simuler le cycle saisonnier de la production phytoplanctonique. Le modèle résulte de travaux effectués à l’Ifremer soit à l’échelle de tout le plateau continental français du Golfe de Gascogne (thèses de doctorat de Loyer (2001) et Huret (2005)), soit aux échelles locales de la Rade de Brest (Le Pape et Ménesguen, 1997, Le Pape et al., 1999, Ménesguen et al., 2006) et de la baie de Vilaine (Chapelle et al., 1994).
Le principe du modèle est de représenter mathématiquement les transformations cycliques subies dans le milieu marin par les éléments majeurs de la matière vivante. Comme le premier d’entre eux, le carbone, n’est pas considéré comme limitant, seuls l’azote, le silicium et le phosphore sont simulés, à la fois sous leur forme minérale, leur forme incluse dans la matière vivante et leur forme détritique. Dans l’azote minéral dissous, on distingue le nitrate (très largement majoritaire), l’ammonium, et on néglige la forme nitrite. Le phosphore minéral est représenté sous forme de phosphate, dissous ou adsorbé sur les particules minérales, dans le sédiment ou en suspension dans la colonne d’eau. Le compartiment phytoplanctonique est représenté par trois variables, une pour les diatomées, une pour les dinoflagellés, et une pour les petites formes appelées nanoflagellés. Ces trois types de micro-algues sont exprimés dans le modèle sous la forme de leur contenu en azote. Afin de prendre en compte une régulation par broutage du stock phytoplanctonique, le zooplancton herbivore est également simulé par deux classes de taille : le microzooplancton, qui se nourrit de nanoflagellés et de matière détritique, et le mésozooplancton, qui se nourrit essentiellement de diatomées et de dinoflagellés. L’oxygène dissous, indispensable à la vie animale, est également simulé. Chaque compartiment simulé constitue une variable d’état biogéochimique du système, dont l'évolution est commandée par une équation différentielle où sont exprimées mathématiquement les interactions chimiques ou biologiques majeures entre ces différentes variables d'état.
Schéma conceptuel du modèle biogéochimique