Océanographie : les plus petits planctons vont-ils déterminer le futur des océans ?

Expérience EPOCA, Ny-Ålesund, Spitzberg 2010. Les chercheurs injectent de l'eau riche en CO2 dans un mésocosme. © Jean-Pierre Gattuso (LOV, CNRS/UPMC).

Un volume spécial de la revue Biogeosciencesvient de présenter les résultats d'une étude réalisée en Arctique par une équipe impliquant principalement des chercheurs de l'Institut GEOMAR, du CNRS et de l'UPMC1, avec le soutien de l'Institut polaire français. Une expérience menée par le projet européen EPOCA coordonné par Jean-Pierre Gattuso du Laboratoire d'océanographie de Villefranche (CNRS/UPMC) qui a débouché sur une information capitale et a apporté un éclairage sur le futur des océans et les processus de régulation du climat.

Elle a montré que le pico- et le nanoplancton prospèrent en cas d'augmentation de la concentration en dioxyde de carbone (CO2) dans l'eau de mer, provoquant un bouleversement de la chaîne alimentaire. Deux processus intervenant dans la régulation du climat sont également affectés : l'exportation de carbone vers l'océan profond et la production de sulfure de diméthyle, un gaz qui contrecarre l'effet de serre.

Une expérience de 5 semaines dans l'océan Arctique

Explications. Depuis 1800, environ le tiers des émissions de CO2 dues aux activités humaines ont été absorbées par les océans (ce qui équivaut chaque année à 1 tonne de CO2 par personne). Cette absorption entraîne une acidification des océans qui a été pendant quatre ans l'objet d'étude du projet EPOCA (European Project on Ocean Acidification). Lancé en 2008 et coordonné par Jean-Pierre Gattuso, chercheur CNRS au LOV, EPOCA a rassemblé plus de 160 chercheurs de 32 institutions européennes. L'une des expériences phare d'EPOCA s'est déroulée dans l'océan Arctique en 2010 durant cinq semaines.

Pourquoi l'Arctique ? En raison de la basse température de ses eaux, cet océan absorbe davantage de CO2 que les autres. L'acidification y est donc plus rapide que dans les régions tempérées et tropicales. De plus, il était important de réaliser cette expérience in situ afin de bien prendre en compte les liens existants entre les organismes au niveau d'une communauté (compétition, prédation…) et de confronter ces résultats à ceux des études menées en laboratoire.

Fin mai 2010, l'équipe internationale chargée de cette expérience, constituée de 35 chercheurs et pilotée par Ulf Riebesell de l'institut allemand GEOMAR, a commencé par déployer neuf mésocosmes, sortes de tubes à essai flottants, dans le baie du Roi au large de Ny-Ålesund, à l'ouest du Spitzberg. Ces mésocosmes étaient formés d'immenses sacs en plastique de 50 m3 maintenus par des structures de 8 mètres de haut. Ils ont permis d'emprisonner l'ensemble du plancton présent dans le fjord.

Dans sept de ces sacs, la concentration de CO2 a été graduellement augmentée pour atteindre le niveau attendu dans 20, 40, 60, 80 et 100 ans. Les deux autres sacs, les « sacs contrôle », représentaient les conditions naturelles sans modification. Chaque jour, une cinquantaine de paramètres chimiques et biologiques a été mesurée et des échantillons ont été prélevés régulièrement pour être ensuite analysés au laboratoire.

Les principaux résultats de l'étude

Principal résultat : le plancton de petite taille, le pico- et le nanoplancton², croit plus vite et produit plus de carbone organique lorsque la teneur en CO2 est élevée. Or, si ce minuscule plancton se développe de manière importante, il consomme les sels nutritifs (comme l'azote) habituellement disponibles pour les espèces de plus grande taille. La croissance de ce tout petit plancton, base de la chaîne alimentaire, se fait donc aux dépens des diatomées, du phytoplancton de plus grande taille qui fait partie du microplancton. Cette expérience a été trop courte pour déterminer si ce phénomène a un impact sur la nutrition du zooplancton, qui se nourrit de plancton d'origine végétale.

En outre, les écosystèmes dominés par du pico- et du nanoplancton transfèrent moins de carbone dans l'océan profond. Ce phénomène pourrait donc réduire l'absorption de CO2 par les océans. Un autre processus contribuant à la régulation du climat pourrait également être affecté : la production de sulfure de diméthyle (DMS). Émis par le phytoplancton, ce gaz favorise la formation de nuages au-dessus des océans. En situation de concentration en CO2 élevée, les chercheurs ont observé une production moindre de DMS, ce qui entrainerait une augmentation de la quantité de rayonnement solaire atteignant la Terre et renforcerait ainsi l'effet de serre. Outre la chaîne alimentaire marine, l'acidification des océans affecterait ainsi des processus jouant un rôle important dans le système climatique.

Cette expérience a notamment bénéficié des soutiens de l'Institut polaire français et de la base franco-allemande AWIPEV de Ny-Ålesund.