Découverte d'un mécanisme biologique de consommation accrue de CO2 dans les océans

Les organismes marins microscopiques connus sous le nom de plancton augmentent leur consommation de carbone lorsqu’ils sont soumis à des concentrations plus élevées en CO2 dissous, d’où une atténuation de l’effet de serre à l’échelle mondiale. Un groupe international de scientifiques dirigés par l’Institut Leibniz de sciences marines de Kiel (Allemagne) a étudié pour la première fois ce mécanisme biologique au sein d’une communauté planctonique.

Lors de simulations d’un océan futur, ils ont mesuré une hausse de la consommation de CO2 par les planctons pouvant atteindre jusqu’à 39 %. Les retombées positives inattendues pour le système climatique de la planète nourrissent en même temps des craintes quant aux risques considérables qu’elles pourraient constituer pour les océans et leurs écosystèmes.

L’étude attire l’attention sur trois principales sources d’inquiétude : une plus grande consommation de CO2 par le plancton accélérera le taux d’acidité océanique dans les couches les plus profondes, elle mènera également à une réduction des concentrations en oxygène dans les profondeurs des océans et aura une influence néfaste sur la qualité nutritionnelle du plancton. Cette dernière conséquence pourrait entraîner le déséquilibre de tous les réseaux alimentaires océaniques.
Les conclusions de cette étude furent publiées le 11 novembre 2007 dans la revue scientifique internationale « Nature ».

Les océans du monde entier constituent les plus grands puits de CO2 anthropique de la planète. Jusqu’à présent, ils ont absorbé près de la moitié du CO2 émis lors de la combustion de carburants fossiles. Cependant, jusqu’à quand les océans seront-ils en mesure de modérer la constante augmentation de CO2 atmosphérique ? Les modèles de simulation du système climatique mondial actuels ne prennent pas en compte la réaction des organismes marins ni les processus sur lesquels ils ont un impact. Le professeur Ulf Riebesell, biologiste marin à l’institut IFM-GEOMAR de Kiel et co-auteur de cette étude, explique les objectifs de cette recherche. « Nous devons développer nos connaissances sur la biologie des océans en raison du rôle décisif que jouent les organismes dans le cycle du carbone. Dans quelle mesure affectent-ils l’équilibre chimique et comment réagissent-ils aux changements climatiques considérables que nous subissons à l'heure actuelle ? » L’article publié dans Nature donne un nouvel aperçu de ces effets et de leur ampleur.

Le CO2 peut-il être un fertilisant dans l’océan ?

Pour en savoir plus sur ces processus biologiques ainsi que sur leurs éventuelles modifications dans le temps, des expériences ont été menées dans le Raunefjord en Norvège. Une série de neuf systèmes clos fabriqués à partir d’un matériau synthétique spécial et profonds de 10 mètres (appelés mésocosmes), ont été utilisés pour isoler 27 mètres cube d’eau naturelle. Lors de ces expériences, trois mésocosmes témoins conservèrent des conditions actuelles de concentration en CO2 et les autres reçurent du dioxyde de carbone supplémentaire afin de simuler les étapes de concentration en CO2 à prévoir d’ici à 2100 et 2150. Les micro-organismes contenus dans ces mésocosmes réagirent rapidement à cette nouvelle abondance de CO2. Plus la concentration en dioxyde de carbone dissous fut élevée, plus les microalgues absorbèrent le gaz à effet de serre via le mécanisme de photosynthèse.
Le CO2 peut-il être un fertilisant dans l’océan ? L’équipe de scientifiques a mesuré une augmentation de l’absorption atteignant jusqu’à 39 % par rapport aux taux actuels. « Nous nous attendions à ce que les organismes observés montrent différentes réactions face à la modification de la quantité de CO2 présente dans le mésocosme. Mais ce qui nous a réellement surpris, c’est l’ampleur de ces réactions. En réalité, nous pouvons dorénavant affirmer avec certitude que la modification des données biologiques des océans est en mesure d’affecter le système climatique mondial. »

La dernière étape du projet de recherche consistait à découvrir les conséquences d’une prolifération rapide de la biomasse. Une fois de plus, les expériences menées dans le Raunefjord ont apporté quelques éléments de réponse : le CO2 supplémentaire attaché à la matière organique descend vers les profondeurs à la suite du pic de floraison des algues.
A l’avenir, la fertilisation au CO2 du plancton marin pourrait se révéler bénéfique dans la lutte contre le changement climatique. Le gaz à effet de serre consommé par le plancton et retiré de la surface des océans lorsque les cellules mourantes descendent dans les profondeurs permet d’absorber encore davantage de dioxyde de carbone. D’une certaine manière, ces organismes microscopiques servent de bandes transporteuses pour évacuer le dioxyde de carbone de la surface et l'acheminer vers les grands fonds. Ce qui ressemble à un moyen miraculeux de modérer l’effet de serre atmosphérique pourrait cependant être catastrophique pour les écosystèmes des grands fonds. La décomposition de la biomasse supplémentaire nécessitera en effet davantage d’oxygène, entraînant des problèmes majeurs pour les animaux marins vivants à ces profondeurs. De plus, ce convoyeur biologique provoquerait une accélération de la vitesse d’acidification des abysses en raison du transport plus rapide du CO2 vers les profondeurs. Ces observations poussent également l’auteur de l’étude à prévoir des conséquences directes sur les organismes marins. Les crustacés planctoniques qui se nourrissent de microalgues riches en CO2 affichent des taux de croissance plus lents et sont moins prolifères.
« Nos résultats ne représentent certainement que la partie visible de l’iceberg », conclut le professeur Riebesell. « Je suis sûr que les scientifiques découvriront bientôt d’autres mécanismes de rétroaction biologique. Il est important, non seulement d’identifier et de comprendre ces mécanismes, mais également de quantifier leurs effets actuels et futurs sur le système climatique mondial. »

Les expériences de Bergen ont été menées dans le cadre du programme de recherche CARBOOCEAN financé par l’Union Européenne.