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Alors que l’Unesco vient de lancer la Décennie pour les sciences océaniques au service du développement durable (2021-2030), découvrez sur ce blog un aperçu de la diversité des recherches menées au CNRS sur l’océan.
 

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Ce blog collaboratif rassemble des contributions issues des 10 instituts thématiques du CNRS.

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Comment le fer influence la pompe à carbone de l’océan
08.06.2021, par Marie Perez, chargée de communication à l’Institut national des sciences de l'Univers (Insu) du CNRS
Les navires océanographiques français partent régulièrement en mer pour étudier le cycle du fer. Cet élément est en effet vital au développement du phytoplancton qui joue pour sa part un rôle majeur dans le climat de notre planète. Explications dans le premier billet du nouveau blog "Un océan de découvertes".

L’océan joue un rôle crucial dans la régulation du climat, notamment parce qu’il capture une partie du dioxyde de carbone (CO2) atmosphérique. Sans lui, la Terre serait beaucoup plus chaude. L’un des mécanismes qui permet cette capture est la « pompe biologique ». Explications. À la surface de l’océan, vivent des algues microscopiques appelées phytoplancton. Comme toute plante, elles pratiquent la photosynthèse, c’est-à-dire qu’elles absorbent du CO2 atmosphérique et le transforment en matière organique et en dioxygène (O2) grâce à la lumière du Soleil. Lorsqu’elles meurent, une partie s’exporte vers le fond de l’océan, séquestrant ainsi le carbone dans les profondeurs. Pour survivre, le phytoplancton a donc besoin de lumière et de CO2, mais également d’un certain nombre de micronutriments comme le fer.
© Corentin BAUDET / LEMAR / LEGOS / UPJV / CNRS Photothèque
Déploiement d'une rosette "Trace Metal Clean" afin de collecter des échantillons pour l'analyse des métaux traces durant la campagne Swings © Corentin BAUDET / LEMAR / LEGOS / UPJV / CNRS Photothèque
 

Afin de prédire comment le changement climatique affecte l’océan et sa capacité à absorber le CO2, les scientifiques doivent comprendre le cycle du carbone océanique. Celui-ci étant étroitement lié à l’activité planctonique, elle-même dépendante de la quantité de fer disponible, le cycle du fer est également un sujet de recherche actuel majeur. « On s’intéresse au fer océanique depuis à peine 30 ans, précise Stéphane Blain, chercheur au Laboratoire d'océanographie microbienne1 (Lomic). L’intérêt pour cet élément a été stimulé indirectement par une idée de géo-ingénierie : injecter du fer dans l’océan pour augmenter la quantité de phytoplancton et activer la pompe biologique. Heureusement, cela n’est actuellement pas sérieusement envisagé car ni l’efficacité, ni les effets secondaires d’une telle manipulation ne sont connus. »
 
Mais pourquoi, en 30 ans, n’a-t-on pas encore réussi à décrire le cycle du fer de manière précise ? Déjà, parce qu’il implique énormément de paramètres. Un exemple : les bactéries océaniques. En respirant, elles consomment du dioxygène et de la matière organique pour produire du CO2, agissant ainsi comme une sorte de contre-pompe à carbone. Elles aussi ont besoin de fer et peuvent donc, dans certaines conditions, entrer en compétition avec le phytoplancton pour cette ressource. « On trouve des bactéries dans toute la colonne d’eau, de la surface jusqu’aux abysses, et il y en a environ un million de cellules bactériennes par millilitre d’eau, explique Ingrid Obernosterer, également chercheuse au Lomic. On connaît assez bien le rôle des bactéries, dans leur ensemble, dans le cycle des éléments, et plusieurs études démontrent la grande diversité des espèces. En revanche, le rôle spécifique de chaque espèce reste encore largement méconnu et ceci est particulièrement vrai pour le cycle du fer. »
© Claude CARRE/CNRS Photothèque
Cette diatomée (taille : 200 µ) est une algue unicellulaire microscopique du phytoplancton - © Claude CARRE/CNRS Photothèque

Ensuite, « parce que l’état de l’océan n’est plus statique à cause du changement climatique, comme le souligne Cécile Guieu, chercheuse au Laboratoire d'océanographie de Villefranche2 (LOV). On étudie un objet en évolution permanente sans connaitre la vitesse de modification des processus, comme par exemple l’intensification de la stratification liée au réchauffement qui va réduire les apports nutritifs des couches profondes de l’océan vers la couche éclairée. » Enfin, car, comme l’explique Fabrizio D’Ortenzio, chercheur lui aussi au LOV, « l’océan est un objet très vaste – il recouvre 70 % de la planète –  et unique – les changements qui ont lieu à un endroit se répercutent partout. Ainsi, le phytoplancton est en permanence soumis à des modifications de son environnement proche qui ont parfois des causes à l’autre bout de la planète ».
 
Ceci étant dit, la recherche avance ! En 2005 et 2011, Stéphane Blain dirige les missions Keops-1 et Keops-2, destination les îles Kerguelen dans l’océan Austral. Les abords des îles sont très riches en phytoplancton, ce qui n’est pas le cas du reste de cet océan. Le phénomène est baptisé « bloom », qui signifie « floraison » en anglais. Selon les scientifiques, cette floraison exceptionnelle serait due à la présence de fer dans l’eau. Lors de la première mission, l’équipe met, en effet, en évidence une source de fer sous les îles qui alimente constamment le phytoplancton. De plus, les mesures de CO2 dans l'eau de surface montrent que la région du bloom est un large puits de CO2. En fertilisant artificiellement une petite zone en fer, les scientifiques constatent une augmentation de l’absorption de carbone par le phytoplancton et leurs mesures indiquent que la fertilisation naturelle est 10 à 100 fois plus efficace que la fertilisation artificielle. Au cours de la deuxième mission, les sources de fer sont davantage étudiées. Résultat : les apports atmosphériques sont négligeables tandis que les processus de ruissellement, d’apports par les glaciers et les sédiments du plateau sont des sources importantes de fer dissous.
 © KEOPS/CNRS Photothèque
Mise à l'eau de filets destinés à collecter le phytoplancton, à bord du navire scientifique Marion Dufresne lors de la mission Keops-1
© KEOPS/CNRS Photothèque

En 2019, l’expédition Tonga, dans l’océan Pacifique, permet une autre découverte. « On pensait que le fer consommé par le phytoplancton venait quasi-exclusivement des apports atmosphériques et, dans cette région très volcanique, l’hypothèse des aérosols volcaniques était dominante. Mais la découverte de sources hydrothermales peu profondes, à moins de 200 mètres sous la surface, pouvant alimenter en fer les eaux éclairées remet en cause cette hypothèse », révèle Cécile Guieu qui a conduit l’expédition. Les sources hydrothermales sont en lien avec l’activité volcanique du plancher océanique et sont particulièrement nombreuses dans les zones d’arc, comme l’Arc des Tonga, cible de cette expédition. Ces fluides hydrothermaux, émis peu profondément dans l’océan, contiennent des gaz et de nombreux éléments chimiques, dont le fer, qui peuvent alimenter la couche éclairée, siège de la photosynthèse. Malgré l’importance de cette découverte, de nombreuses questions demeurent sur le lien entre le nombre et le fonctionnement de ces sources de fer, et leur impact sur le cycle du carbone à grande échelle. Prochaine étape : coupler les mesures biogéochimiques à des observation in situ avec des caméras. 
 
Dernière mission en date : Swings qui a eu lieu en mars/avril 2021 dans l’océan Austral. L’objectif est de traquer les éléments traces, dont le fer, et de voir comment ils se transforment dans l’océan et d’où ils proviennent. Par exemple, pour quantifier le fer apporté par les poussières atmosphériques, les scientifiques ont recours au Beryllium 7, un traceur radioactif produit dans latmosphère, qui se dépose à la surface de locéan. Connaissant la proportion de fer présent dans les poussières atmosphériques par rapport à la quantité de ce traceur, ils peuvent alors prélever de l’eau de mer, mesurer la quantité de Beryllium 7 et en déduire la quantité de fer. De nombreuses études sont en cours sur les échantillons rapportés par Swings et leurs résultats feront encore, sans aucun doute, progresser notre connaissance du cycle du fer. 
 

L'océan Austral, un cas à part
L’océan Austral est l’océan qui entoure l’Antarctique. Il est en contact avec tous les océans du monde, à l’exception de l’océan Arctique. Les changements qui y ont lieu se répercutent donc partout ailleurs. A lui seul, il capture environ 40 % du CO2 séquestré par l’ensemble des océans, ce qui en fait une région clé dans la régulation du climat et le cycle du carbone. L’océan Austral est, par ailleurs, la plus vaste zone HNLC (high nutrient low chlorophyll) du monde. Ces régions océaniques sont pauvres en phytoplancton alors que les macronutriments (phosphate, nitrate, silicate) abondent. Ceci est dû au manque de micronutriments et en particulier de fer.

Notes
  • 1. Unité CNRS/Sorbonne Université.
  • 2. Unité CNRS/Sorbonne Université.

Commentaires

1 commentaire

Le fer est une denrée rare et abondante dans les Océans, suivant leurs emplacements respectifs. Il demeure que les Océans restent ouverts (normalement et jusqu'à maintenant) à la quantité demandée ou à la qualité de CO2 réceptionnée. Cette qualité dépend elle, des demandes du Monde entier, tant la teneur en CO2 est gigantesque actuellement. Cette teneur en CO2 même, menace le renouvellement de fer naturel de la Planète, car il est riche en produits dits "soufrés" au premier degré de comparaison avec des produits carbonés industriels. Le fer naturel dit "soufré" est donc une vraie gageure pour le plancton, ou phytoplancton, car il absorbe mieux la photosynthèse et il absorbe mieux les produits carbonés de par sa teneur même faible en soufre et en soufre bien sur naturel. Le soufre naturel sera de toute façon enclin à construire des liens avec le fer naturel, car la demande naturelle d'une biosphère est là, et elle est en constante progression, et bien heureusement d'ailleurs. Ce que l'on nomme une évolution naturelle de notre chère et brave biosphère, qui fait se qu'elle peut pour corriger nos erreurs monumentales actuelles. Le CO2 de mauvaise qualité rejeté par nos industries et nos moyens de locomotion, est le pire cauchemars de la Planète pour un phytoplancton en demande d'organisation de son état. A savoir, qu'il s'adapte en nombre et en puissance de frappe, en rapport à une teneur en oxygène globale qui elle, ne doit pas changer.
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