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L’océan, cet inconnu
(Cet article est extrait de la revue Carnets de science n° 18)
Quand on regarde un planisphère figurant l’ensemble des continents et des pays du monde, la réalité océanique de notre planète ne saute pas aux yeux. Et pourtant : les océans couvrent plus des deux tiers de la surface de la Terre, bien plus que l’ensemble des terres émergées ! la même carte, centrée cette fois-ci sur le Pacifique, ne figure d’ailleurs qu’une vaste étendue bleue… Sous la surface de cette immense étendue liquide, un univers en trois dimensions se déploie, qui nous demeure encore largement inconnu.
Il faut dire qu’avec une profondeur moyenne de 3 800 mètres (jusqu’à 11 000 mètres pour la célèbre fosse des Mariannes), l’océan constitue un environnement difficile d’accès pour les humains, en général, et pour les scientifiques, en particulier… Alors que les surfaces de la Lune et de Mars sont aujourd’hui entièrement cartographiées, un siècle de missions océanographiques n’ont fait qu’effleurer la complexité des mers de notre planète.
« À ce jour, moins de 20 % des fonds marins ont pu être cartographiés en détail, constate Marie-Anne Cambon, microbiologiste dans l’équipe Biologie, interactions et adaptations des organismes en milieu extrême (Biomex)1, à Brest. Les satellites sont incapables de voir au-delà de la surface de l’océan. Obtenir une représentation précise de la topographie sous-marine demande donc de recourir à des sondeurs acoustiques embarqués sur des navires qui progressent très lentement. »
Un seul océan, de nombreuses disparités
Sur ces étendues maritimes largement inexplorées, chaque campagne océanographique donne lieu à de nouvelles découvertes. En 2019, une expédition française révélait ainsi l’existence d’un volcan sous-marin situé à une cinquantaine de kilomètres à l’est de l’île de Mayotte. Plus récemment, quatre monts sous-marins, culminant de 1 à 2 kilomètres au-dessus du plancher océanique, étaient repérés au milieu du canal du Mozambique.
Grâce aux données collectées dans le cadre du projet Seabed 20302, visant à cartographier l’intégralité des fonds marins d’ici à cinq ans, ce sont plus de 19 000 nouveaux volcans sous-marins qui ont déjà pu être inventoriés à travers le monde. Objectif de Seabed : que tous les navires scientifiques, mais aussi les navires de commerce qui le peuvent, enregistrent ces données de bathymétrie (mesures de profondeur) lors de leurs trajets autour du globe.
Historiquement subdivisé en trois grands ensembles – Pacifique, Atlantique, Indien –, l’océan ne constitue en réalité qu’une seule et même entité. Malgré une apparence homogène, ce gigantesque volume d’eau présente de nombreuses disparités, notamment en termes de température, de salinité ou encore de concentration en oxygène. Des variations qui dépendent principalement de deux catégories de circulations océaniques : l’une rapide et de surface, engendrée par les vents dominants, et l’autre beaucoup plus lente et de grande envergure, gouvernée par la densité de l’eau de mer. L’action conjointe de ces courants marins conduit à une structuration verticale et horizontale des masses océaniques, chacune d’entre elles disposant de propriétés physiques, chimiques et biologiques spécifiques.
« La concentration en oxygène dissous, notamment, varie énormément d’une zone à l’autre de l’océan, alerte Fabrizio D’Ortenzio, au Laboratoire d’océanographie de Villefranche3, à Villefranche-sur-Mer. Certaines zones, situées entre 200 et 1 000 mètres de profondeur, se caractérisent par des niveaux d’oxygène extrêmement bas. Dans certains cas, elles peuvent même devenir anoxiques, c’est-à-dire être totalement privées d’oxygène. Depuis quelques années, ces zones, dont l’évolution reste difficile à prévoir, ont tendance à s’étendre, ce qui est une mauvaise nouvelle pour les organismes marins qui dépendent de cet oxygène pour respirer. » En cause, le réchauffement climatique, des eaux plus chaudes ayant une moindre capacité à retenir l’oxygène.
Réservoir d’espèces
Encore sous-étudiés, du fait de leur difficulté d’accès, les écosystèmes marins pourraient être bien plus riches en espèces que les milieux terrestres, selon les scientifiques. « Un peu moins de 300 000 espèces marines ont été décrites à ce jour, précise Pierre-Marie Sarradin, directeur de l’unité Biologie et écologie des écosystèmes marins profonds4. Mais les modélisations nous indiquent qu’il pourrait y en avoir entre 1 et 10 millions. »
« Aujourd’hui, l’observation et la connaissance de l’océan progressent avant tout grâce aux avancées technologiques dont bénéficie la recherche océanographique », explique Fabrizio D’Ortenzio. Parmi cet arsenal : les satellites couleur de l’eau, capables notamment de détecter avec précision les zones plus riches en plancton, les planeurs sous-marins autonomes (gliders), les flotteurs profileurs à faible consommation d’énergie (type balises du programme Argo), les submersibles embarquant des humains, tel le Nautile, ou les engins pilotés depuis un navire de recherche…
C’est particulièrement vrai pour la connaissance des grands fonds marins, ces endroits considérés il y a encore cinquante ans comme des milieux plats et vides de toute vie. L’idée selon laquelle cette partie de l’océan ne serait qu’une vaste étendue désertique a volé en éclat un beau jour de février 1977, lorsque le submersible américain Alvin, le premier à s’enfoncer dans les profondeurs de l’océan, a permis la découverte des fumeurs noirs par 2 500 mètres de fond. À la stupéfaction des géologues partis explorer la dorsale des Galápagos, ces cheminées hydrothermales crachant de l’hydrogène sulfuré regorgeaient de vie : des centaines de vers géants en occupaient les pourtours. Depuis lors, l’exploration des grands fonds marins a abouti à la découverte de plusieurs centaines de sites hydrothermaux abritant un cortège d’espèces toutes plus intrigantes les unes que les autres.
Les grands fonds ou la vie de l’extrême
Au sommet d’un volcan sous-marin de la dorsale située au milieu de l’Atlantique, à 1 700 mètres de profondeur, Lucky Strike est parmi les plus étendus de ces étranges écosystèmes. D’une superficie de 1 kilomètre carré, ce champ hydrothermal, qui, à lui seul, concentre 25 cheminées actives d’où s’échappent des fluides dont la température atteint 320 °C, fait l’objet de nombreux projets de recherche.
« Les véhicules sous-marins autonomes et téléopérés dont nous disposons peuvent désormais évoluer jusqu’à 6 000 mètres de profondeur, et ce, durant des dizaines d’heures , se réjouit Pierre-Marie Sarradin. Cela nous permet de mener des expériences et de prélever des échantillons dans des zones longtemps demeurées inaccessibles. » Ces robots sous-marins se révèlent également indispensables à la mise en œuvre et à l’entretien d’observatoires sur le plancher océanique, seuls dispositifs pouvant aider les scientifiques à comprendre le fonctionnement en temps réel des écosystèmes profonds.
Des mécanismes inédits
Grâce à l’observatoire autonome Emso-Açores, installé sur le site en 2010, les scientifiques ont ainsi accès en continu à un ensemble de paramètres physico-chimiques (composition et température des fluides, pression, taux d’oxygène dissous, activité sismique, etc.) qui les aident à comprendre le fonctionnement de Lucky Strike et la manière dont il interagit avec le milieu marin environnant. L’installation a révélé des modes de fonctionnement inédits, dans ce milieu plongé dans l’obscurité la plus complète.
Faute de lumière, le phytoplancton, base de la chaîne alimentaire dans les couches supérieures de l’océan, est incapable d’y prospérer. Parce qu’ils ne peuvent compter sur cette précieuse source de nourriture, les organismes dits « extrémophiles », vivant à proximité des fumeurs noirs, ont développé des mécanismes inédits pour fabriquer la matière organique dont ils se nourrissent : s’allier à des micro-organismes transformant les substances chimiques contenues dans les fluides hydrothermaux en composés organiques. C’est par exemple le cas des moules abyssales du genre Bathymodiolus, qui hébergent dans leurs branchies deux espèces de bactéries symbiotiques. L’une de ces bactéries oxyde l’hydrogène sulfuré (H2S) émis par la cheminée hydrothermale, tandis que l’autre fait de même avec le méthane (CH4), fournissant au mollusque la précieuse matière organique.
Oasis de biodiversité
« Alors qu’on a longtemps pensé que le fond des océans n’était pas influencé par les marées, constate Pierre-Marie Sarradin, qui coordonne l’observatoire Emso-Açores, cette instrumentation in situ a permis de mettre en évidence un rythme biologique associé à la marée chez ces colonies de moules constituant 90 % de la biomasse présente sur ce champ hydrothermal. »
Si elle est riche en biomasse, la petite centaine d’écosystèmes hydrothermaux ayant déjà fait l’objet d’une exploration scientifique s’est, en revanche, révélée relativement pauvre en nombre d’espèces. à ce jour, à peine plus de 70 espèces ont été répertoriées sur l’ensemble des sites. Parmi elles figurent d’étranges organismes, tels la galathée yéti (Kiwa hirsuta), dite « crabe yéti », dont les pattes semblent recouvertes d’un épais duvet, ou le ver de Pompéi (Alvinella pompejana), dont la capacité à supporter les écarts extrêmes de température fascine les scientifiques : aux profondeurs auxquelles il vit, l’eau est à 2 °C, quand les fluides qui sortent des cheminées peuvent atteindre 350 °C…
Il en va autrement de la plaine abyssale constituant plus de 80 % du plancher océanique. Encore largement méconnue, cette vaste étendue d’apparence uniforme a révélé de véritables oasis de biodiversité, cachées dans les tous premiers centimètres de la couche de sédiments.
C’est tout particulièrement le cas des champs de nodules polymétalliques5 de la zone de fracture de Clarion-Clipperton, un territoire maritime de 9 millions de kilomètres carrés situé au cœur du Pacifique Nord que les scientifiques de la campagne océanographique Eden6 ont eu l’opportunité d’explorer pour la cinquième fois de mi-novembre 2024 à début janvier 2025.
L’exploitation minière en embuscade
Embarqués à bord de L’Atalante, l’un des navires de recherche de la Flotte océanographique française, les scientifiques ont échantillonné des champs de nodules polymétalliques de densité variable. Après un mois et demi passé en mer, l’équipe est parvenue à recueillir 140 prélèvements de sédiments et de nodules sur ces écosystèmes situés à plus de 4 000 mètres de profondeur.
« En appliquant sur chaque échantillon des méthodes de taxonomie classiques, telles que l’ADN environnemental, et d’autres plus avant-gardistes, comme l’imagerie couplée à l’intelligence artificielle, nous espérons parvenir à dresser un inventaire plus complet des espèces qui vivent sur les champs de nodules polymétalliques tout en déterminant leur rôle au sein de ces écosystèmes », explique Pierre-Antoine Dessandier, chercheur en biologie marine au sein de Biomex.
S’il faudra encore patienter quatre à cinq ans pour identifier tous les organismes collectés dans le cadre de ce vaste échantillonnage, la moisson s’annonce d’ores et déjà prometteuse. Sur les centaines d’espèces répertoriées dans les zones à nodules depuis le début des années 1980, près de 90 % n’avaient jamais été observées ailleurs.
« Dans une seule carotte de sédiments de 1 centimètre d’épaisseur, nous avons pu identifier jusqu’à 150 espèces appartenant à la méiofaune, soit des animaux dont la taille est comprise entre 0,03 et 1 millimètre, chacune de ces espèces étant parfois représentée par un ou deux spécimens seulement », détaille Pierre-Antoine Dessandier.
Depuis peu, les champs de nodules polymétalliques de la zone Clarion-Clipperton attisent la convoitise du secteur de l’industrie minière en raison de leur concentration élevée en manganèse, nickel et cobalt7. Ces trois métaux se révèlent en effet indispensables à la fabrication des batteries de véhicules électriques et autres Smartphones ainsi qu’au développement des énergies vertes comme le photovoltaïque ou l’éolien.
Au-delà de la ressource économique
Ces concrétions minérales sont pourtant bien plus qu’une simple ressource économique. Parce qu’ils constituent les seuls supports solides de la plaine abyssale, les nodules polymétalliques servent aussi de point d’ancrage à des organismes comme les coraux d’eau froide, les éponges ou les anémones de mer. Ces animaux d’une grande beauté forment toutefois une toute petite fraction des organismes vivants qui peuplent les champs de nodules.
« L’écrasante majorité de la biodiversité est constituée d’espèces de très petite taille évoluant à l’interface entre ces petites structures géologiques et les sédiments meubles de la plaine abyssale », souligne Pierre-Antoine Dessandier. Parmi ces espèces figure une grande variété de nématodes, sortes de petits vers microscopiques, d’organismes unicellulaires tels que les foraminifères et de bactéries.
Si elle devait se concrétiser, l’exploitation à grande échelle des champs de nodules polymétalliques risquerait donc de provoquer la disparition de nombreux organismes dont une part importante nous est inconnue. Du fait de la mise en suspension des sédiments sur lesquels reposent les nodules, tous les organismes évoluant dans la colonne d’eau située au-dessus pourraient potentiellement être affectés par l’extraction de ces ressources.
L’impact du réchauffement planétaire
Bien d’autres dangers menacent le milieu marin, à commencer par le réchauffement climatique global. Lancé il y a un peu plus de vingt ans pour étudier l’impact de ce phénomène sur le fonctionnement de l’océan, le programme Argo mesure en continu la température et la salinité de l’eau de mer jusqu’à 2 000 mètres de profondeur grâce à 4 000 flotteurs autonomes dérivant au gré des courants marins.
D’autres types de flotteurs dits « BGC-Argo » (BioGeoChemical-Argo), plus récents, enregistrent un ensemble de paramètres biogéochimiques (quantité d’oxygène, de chlorophylle, de nitrate dans l’eau, lumière) avec un but précis : mieux comprendre l’évolution des écosystèmes marins dans le contexte du réchauffement planétaire.
« D’ici à 2030, une nouvelle génération d’instruments capables de descendre jusqu’à 6 000 mètres de profondeur viendra renforcer le réseau Argo, se réjouit Fabrizio D’Ortenzio, qui participe aux déploiements des flotteurs BGC-Argo pour la France. Ces nouveaux flotteurs pourront par exemple mesurer la quantité de zooplancton et de petits poissons présents dans le compartiment mésopélagique, compris entre 200 et 1 000 mètres de profondeur. Largement méconnue, cette “twilight zone” semble jouer un rôle fondamental dans l’alimentation d’un grand nombre d’espèces marines. »
Étudier le fonctionnement de l’océan n’implique pas forcément de prendre le large pour plusieurs semaines. Depuis le printemps 2023, un robot téléopéré depuis la terre ferme répondant au nom de BathyBot explore les fonds marins à seulement une quarantaine de kilomètres de Toulon, dans le Var. Évoluant par 2 400 mètres de fond, le robot scientifique aura dû patienter plus d’un an sur le plancher océanique du golfe du Lion avant d’être relié au câble assurant son alimentation électrique et le transfert des images captées par ses caméras.
Lumière sur la bioluminescence
« Outre la température, la salinité, la concentration en oxygène et le flux de particules atteignant le fond de la Méditerranée, BathyBot va analyser la bioluminescence environnante à l’aide d’une caméra hypersensible », précise Christian Tamburini, chercheur à l’Institut méditerranéen d’océanologie8, à Marseille, qui compte parmi les initiateurs de ce projet. Aucune lumière naturelle ne pénétrant au-delà de 100 à 200 mètres de profondeur, la plupart des organismes qui s’y trouvent ont recours à la bioluminescence pour se défendre, se nourrir ou se reproduire. Des bactéries aux poissons en passant par les méduses et les calamars, les trois quarts des animaux marins seraient ainsi capables de générer leur propre source de lumière.
Pour pouvoir détecter un maximum d’organismes bioluminescents, BathyBot dispose d’un récif artificiel aux allures de rampe de lancement. Cette structure en béton qui lui permet de prendre de la hauteur de façon à améliorer son champ de vision offre par ailleurs une large surface colonisable par des espèces sous-marines de toutes tailles. Conçu pour filmer son environnement en continu pendant dix ans, notre robot des profondeurs pourrait ainsi permettre d’enrichir considérablement le bestiaire de la mer Méditerranée.
De nombreuses zones d’ombre entourent encore le fonctionnement de l’océan et de ses écosystèmes, mais une chose est sûre : l’homme, s’il lui restera à jamais étranger, ne peut se passer du milieu marin. la moitié de l’oxygène que nous respirons provient en effet de l’océan, qui absorbe une grande part de nos émissions de CO2 et près de 90 % de la chaleur résultant des gaz à effet de serre d’origine anthropique. Plus de 3 milliards de personnes dépendent de la mer pour subvenir à leurs besoins alimentaires, que ce soit à travers la pêche ou l’aquaculture, et voient leur avenir menacé par les pollutions (plastique, métaux…), la surexploitation du milieu marin et le réchauffement des eaux.
« Mieux connaître l’océan permettra de mieux le protéger, veut croire Fabrizio D’Ortenzio, à l’unisson de toute la communauté scientifique dédiée au milieu marin. Plus que jamais, les recherches française et européenne ont tout leur rôle à jouer dans cette quête de connaissance. » ♦
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Le canal Sofar, radio des mers
Contrairement à l’espace où, selon la célèbre formule du film Alien, « personne ne vous entendra crier », l’océan constitue une véritable caisse de résonance. Une zone en particulier présente des caractéristiques acoustiques étonnantes. Les scientifiques la désignent sous le terme de canal Sofar (Sound Fixing and Ranging). « Il s’agit d’une strate horizontale où la vitesse du son dans l’eau atteint son minimum, soit environ 1 500 mètres par seconde, et dont la profondeur dépend à la fois de la température de l’eau de mer et de la pression », indique Jean-Yves Royer, chercheur au laboratoire Geo-Ocean9.
Un peu à la manière d’une fibre optique piégeant un faisceau lumineux, le canal Sofar se comporte comme un guide d’ondes acoustiques dans lequel celles-ci peuvent parcourir des milliers de kilomètres avec une faible atténuation. Dans les régions océaniques connues pour leur activité sismique, l’immersion d’hydrophones dans cette couche d’eau offre ainsi la possibilité de détecter un tremblement de terre sous-marin avec une précision et une sensibilité bien supérieures à celles qu’offrent les sismographes installés à terre.
Mais le canal Sofar intéresse les scientifiques pour d’autres raisons. « Dans la gamme des basses fréquences que nous écoutons, nous captons également les cris caractéristiques du rorqual commun, de la baleine bleue antarctique et de la baleine bleue pygmée », révèle Jean-Yves Royer. En s’appuyant sur treize années d’enregistrements en continu de ces trois espèces de cétacés, le scientifique est ainsi parvenu à retracer leur migration saisonnière à l’échelle de l’océan Austral.
Grâce à un réseau de cinq hydrophones nouvellement installés autour des îles Saint-Paul et Amsterdam, Jean-Yves Royer entend désormais cartographier l’activité sismique et volcanique dans le sud de l’océan Indien tout en établissant le schéma migratoire des grandes baleines dans cette zone peu explorée. ♦
Consultez aussi :
Roscoff, les vigies du monde marin (vidéo)
Percer les secrets des génomes marins
Comment prévoir la hausse du niveau des mers ?
- 1. Unité CNRS/Ifremer/Université de Bretagne occidentale.
- 2. Voir https://tinyurl.com/seabed-2030
- 3. Unité CNRS/Sorbonne Université.
- 4. BEEP, qui enveloppe Biomex (CNRS/Ifremer/Université de Bretagne occidentale).
- 5. Nodules polymétalliques : concrétions minérales d’une dizaine de centimètres de diamètre qui se forment par précipitation des métaux dissous dans l’eau de mer, à raison de quelques millimètres par million d’années. C’est l’un des processus géologiques les plus lents de la planète.
- 6. Évaluation de la diversité et de l’environnement des zones à nodules. Voir https://tinyurl.com/nodules-ocean
- 7. Selon les estimations de l’Autorité internationale des fonds marins, l’ensemble du territoire recèlerait sous forme de nodules polymétalliques 6 milliards de tonnes de manganèse, 270 millions de tonnes de nickel et 44 millions de tonnes de cobalt, soit plus que les réserves connues de ces trois minerais sur la Terre. Voir https://www.isa.org.jm
- 8. Unité CNRS/IRD/Aix-Marseille Université/Université de Toulon.
- 9. Unité CNRS/Ifremer/Université de Bretagne occidentale.
Voir aussi
Auteur
Grégory Fléchet est né à Saint-Étienne en 1979. Après des études de biologie suivies d’un master de journalisme scientifique, il s’intéresse plus particulièrement aux questions d’écologie, d’environnement et de santé.