25% de la quantité de carbone émis dans l’atmosphère par l’Homme est absorbée par l’océan. Si l’on entend souvent parler de la « pompe physique » liée aux courants océaniques, c’est aujourd’hui la « pompe biologique », via la photosynthèse, qui est mise à l’honneur. On sait que les mécanismes biologiques impliqués dans la capture du carbone ont un rendement plutôt faible : à peine 2 à 4 % du carbone capturé à la surface des océans finit séquestré au fond. Une étude dévoile pourquoi.

Hervé Claustre, chercheur au laboratoire d’océanographie de Villefranche-sur-mer et membre de l’équipe franco-britannique à l’origine de cette découverte explique la problématique à laquelle ils faisaient face : « A la surface des océans, la photosynthèse réalisée par le phytoplancton transforme, annuellement, 50 milliards de tonnes de CO2 atmosphérique en composés organiques. Parmi ces composés, 10 milliards de tonnes chutent et rentrent dans la zone mésopélagique, qu’on appelle la « zone crépusculaire », qui correspond à la zone entre 100 et 1000 mètres de profondeur. Ce qui est déroutant, c’est qu’à la sortie de cette zone, il ne reste plus qu’un ou deux milliards de tonnes de matière organique, qui est alors séquestrée au fond de l’océan. On a voulu savoir ce qu’il advenait des composés organiques lors de la traversée de la zone crépusculaire. Pourquoi est-ce que la majorité d’entre eux disparaissaient ? »

Des flotteurs d’un genre nouveau

Un robot-flotteur de type Argo, équipé de capteurs chimiques et biologiques © D. Luquet, IMEV

Un robot-flotteur de type Argo, équipé de capteurs chimiques et biologiques © D. Luquet, IMEV

Pour leurs expériences, les chercheurs ont utilisé des robots flotteurs pouvant réaliser des mesures jusqu’à 1000 mètres de profondeur. Leurs avantages ? Ils sont capables de monter et descendre de manière autonome dans les océans et envoient régulièrement leurs données. Les océanographes ne sont ainsi plus limités à des mesures ponctuelles, réalisées sur des bateaux. Hervé Claustre souligne le fait que les flotteurs mis au point par leur équipe ont, en plus, la particularité d’embarquer des outils pour étudier le vivant : « Ces flotteurs mesurent la température et la salinité de l’océan, comme d’autres flotteurs, mais mesurent également les concentrations en chlorophylle et en grosses particules organiques. Des informations qui nous ont permis de suivre, respectivement, les quantités de phytoplanctons présentes à chaque instant et les quantités de grosses particules générées puis dégradées ».

Pour cette étude, les chercheurs se sont focalisés sur les périodes printanières, correspondant aux saisons de floraison, durant lesquelles la quantité de phytoplancton explose. De 2012 à 2016, la trentaine de flotteurs déployés à travers le monde a ainsi pu mettre en évidence qu’en début de floraison, on n’observait que des petites particules organiques, qui coulaient à la vitesse de 2 à 3 mètres par jour, tandis qu’en fin de floraison, on avait de grosses particules qui apparaissaient et tombaient progressivement à la vitesse de 100 mètres par jour. « Ces grosses particules regroupent deux entités : les pelotes fécales produites par le zooplancton ayant mangé le phytoplancton, et le phytoplancton non mangé, mort, qui s’est agrégé en grosses particules organiques de plus de 100 µm », précise Hervé Claustre. L’équipe a surtout pu observer très clairement que cette quantité de grosses particules diminuait en fonction de la profondeur, dans la zone crépusculaire, et que le nombre de petites particules, lui, augmentait en profondeur.

La fragmentation des particules : le talon d’Achille de la pompe biologique

A gauche, du phytoplancton (plancton végétal) à la base de la chaîne alimentaire océanique. A droite, du zooplancton (plancton animal) © NOAA MESA Project, Matt Wilson et Jay Clark

A gauche, du phytoplancton (plancton végétal) à la base de la chaîne alimentaire océanique. A droite, du zooplancton (plancton animal) © NOAA MESA Project, Matt Wilson et Jay Clark

De précédentes études avaient déjà démontré que la moitié des grosses particules organiques qui disparaissait dans la zone crépusculaire étaient mangées par les animaux. Grâce à leurs flotteurs, cette équipe franco-britannique a ainsi mis en évidence l’autre phénomène majeur à l’origine de la disparition des grosses particules : la fragmentation des grosses particules en petites particules ! Sans doute des agrégats de phytoplancton mort ou des pelotes fécales, fragiles, qui se dégradent en petites particules, toujours organiques. Des particules qui sont alors susceptibles d’être transformées en matière inorganique par les bactéries et le zooplancton présent en profondeur, empêchant alors la séquestration de ce carbone.

L’équipe est déjà en train de préparer ses robots-flotteurs pour sa prochaine campagne. Elle souhaite découvrir comment l’écosystème participe à la fragmentation dans cette zone mésopélagique. Et l’enjeu est de taille car, comme le résume l’océanographe « plus il y aura de fragmentation, moins il y aura de séquestration du carbone ».