Et si les océans tropicaux piégeaient plus de CO₂ que prévu

L’océan constitue un puits de carbone, porteur d’enjeux majeurs dans l’évolution du climat. Parmi les phénomènes impliqués dans ce piégeage de CO2 par l’océan, le plancton végétal (ou phytoplancton) absorbe le CO2 par photosynthèse, fabrique de la matière organique constituée de carbone, qui est transférée le long de la chaîne alimentaire marine. À la mort des organismes, une partie de cette matière carbonée sédimente au fond des océans soustrayant ainsi du CO2 à l’atmosphère. C’est ce que l’on appelle la pompe biologique de carbone en terme scientifique.

Les océans tropicaux et subtropicaux (environ 50 % de la surface de l’océan global) sont considérés comme peu efficaces pour piéger du CO2 par voie biologique car ce sont des zones pauvres en azote (nitrates) (Fig. 1A). L’absence de ce nutriment essentiel limite la croissance du phytoplancton, et par extension la pompe biologique de carbone. Ces vastes régions peu productives et donc dites « oligotrophes » (Fig. 1B) abritent pourtant un type de plancton particulier appelé « diazotrophe ».

Figure 1. A : Carte mondiale des concentrations en nitrates de surface, World Ocean Atlas. B : Concentrations en chlorophylle (une estimation du contenu en phytoplancton) de surface montrant les zones dites « oligotrophes » en bleu et violet, essentiellement en zone (sub)tropicale.
World Ocean/NASA

Ces microorganismes fixent du CO2 comme le phytoplancton classique mais sont également capables de transformer l’azote gazeux dissous dans l’eau (le N2, une ressource inépuisable), en azote disponible pour le métabolisme.

Cet azote nouvellement apporté à l’océan soutient la photosynthèse et la chaîne alimentaire marine qui en découle, maintenant ainsi en partie la production biologique dans ces régions pauvres en nitrates. Parmi ces diazotrophes, l’espèce Trichodesmium est la plus étudiée à ce jour car elle est de grande taille (>100 µm) et peut former de vastes floraisons s’étendant sur plusieurs centaines de kilomètres, pouvant ainsi être détectée par satellite (Fig. 2).

Figure 2. A : Efflorescence de Trichodesmium détectée par satellite dans l’océan Pacifique subtropical Sud, NASA. B : Colonie de Trichodesmium erythraeum (x100). C : Diazotrophes unicellulaires (x400).
Sophie Bonnet/NASA

D’autres diazotrophes de plus petite taille (1 à 8 µm), appelés unicellulaires, sont également omniprésents dans l’océan (sub)tropical, l’aire de répartition de certains groupes s’étendant même jusqu’aux régions tempérées et polaires. Mais alors, si ces organismes soutiennent la production biologique dans ces vastes régions océaniques, quel est leur rôle dans la pompe biologique de carbone ? Cette question est de la plus grande actualité car les simulations de l’océan du futur prédisent une expansion géographique de l’océan (sub)tropical, et avec elle une probable expansion de l’aire de répartition des diazotrophes. Malheureusement, les recherches sur ce sujet restent rares, et ce, pour plusieurs raisons.

Des diazotrophes dans l’océan profond ?

Tout d’abord, il est généralement admis que les diazotrophes ne sédimentent pas vers l’océan profond, mais sont recyclés dans la couche de surface, restituant leur CO2 à l’atmosphère. En effet, la taille et la densité des cellules ne seraient pas suffisantes pour pouvoir engendrer une chute vers les profondeurs océaniques (au-delà de 100 m)

Nos récentes études menées dans le cadre du projet TONGA (Pacifique Sud) viennent néanmoins de remettre en cause ce paradigme : en effectuant des mesures dans l’océan profond (entre 100 et 1 000 m) à l’aide d’un couplage d’outils collectant la matière carbonée qui sédimente, nous avons démontré que les diazotrophes chutent vers l’océan profond, contribuant à certains endroits à la majeure partie du flux d’export de carbone.

L’étude révèle en outre que les organismes sont peu dégradés (Fig. 3), voire quasi intacts à cette profondeur, suggérant une chute rapide et donc un faible recyclage en CO2 pendant la descente. Dans une étude complémentaire, nous révélons que certains de ces organismes (Trichodesmium) sont encore vivants à 1000 m de profondeur,…

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Auteur: Sophie Bonnet, Directrice de recherche IRD, Océanographe, Institut Méditerranéen d’Océanologie (M.I.O), Institut de recherche pour le développement (IRD)