Institut Méditerranéen d’Océanologie
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Des sources hydrothermales fertilisent le Pacifique sud-ouest

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Les travaux de biogéochimistes et d’océanographes révèlent l’origine méconnue de la richesse des écosystèmes marins de l’océan Pacifique sud-ouest. Ils montrent l’existence de sources sous-marines dont le fer pourrait alimenter les micro-algues fixatrices d’azote à la base de la chaine trophique

L’origine de l’exceptionnelle production primaire associée à la fixation d’azote dans le Pacifique sud-ouest vient d’être découverte 1. Cette région située entre l’Australie et l’archipel de Tonga connaît une activité biologique soutenue, avec des écosystèmes et des ressources riches, à l’inverse de la partie centrale du bassin qui est presque désertique. Ce phénomène particulier interroge les scientifiques. « La question était de déterminer où le phytoplancton à la base de la chaîne trophique puisait le fer nécessaire à son développement et son existence », explique Cécile Guieu, biogéochimiste au Laboratoire d’océanographie de Villefranche-sur-Mer.

En effet, faute d’azote disponible en quantité suffisante dans l’eau, les océans tropicaux sont des milieux pauvres. Seules certaines cyanobactéries, capables de fixer l’azote gazeux et de tirer ainsi profit des inépuisables réserves contenues dans l’atmosphère, peuvent se développer dans de telles conditions. Mais pour cela, ces micro-algues ont besoin de beaucoup fer, un élément peu disponible dans la plupart des bassins océaniques.

Pas de fer dans l’atmosphère

« La formidable floraison phytoplanctonique observée en été austral dans le sud-ouest du Pacifique, dominée par des organismes fixateurs d’azote de l’air, bénéficie nécessairement d’abondants apports en fer », explique la chercheuse. D’où viennent-ils ? L’hypothèse retenue jusqu’ici imputait l’origine de ce fer à des contributions atmosphériques, issues des émissions des nombreux volcans actifs dans l’arc des Tonga. Mais la mesure des concentrations en fer dans l’air disqualifie cette hypothèse. Effectués par l’équipe de Cécile Guieu lors de la campagne océanographique OUTPACE 2 le long d’un segment de plus de 4 000 km, les mesures montrent que les apports atmosphériques sont très insuffisants pour expliquer une telle activité biologique. Pour autant, les scientifiques ont relevé une concentration anormalement élevée de fer dans l’océan, sur plus de 10 degrés de longitude…

Finalement, le mystère est levé un peu par hasard, grâce aux données collectées au sein de la colonne d’eau par un des flotteurs autonomes dérivants du programme ARGO 3, largués à la faveur de cette campagne 4. Ces derniers mesurent la pression, la température et la salinité de la colonne d’eau, entre la surface et 2 000 mètres de profondeur. Pour cela, ils effectuent d’incessants cycles de montées et descentes et télétransmettent leurs données lors des phases d’émersion. « Dans sa dérive, l’un des flotteurs a croisé les traces du panache de sources hydrothermales jusqu’ici méconnues, signalées par une anomalie de la salinité , raconte Christophe Maes, océanographe au Laboratoire d’océanographie physique et spatiale de l’IRD.Cette rencontre fortuite suggère que les apports en fer viennent du fond, dissous dans l’eau douce, car ces sources sont connues pour leur richesse en fer . »


© IRD/ Christophe Maes Mise à l’eau d’un flotteur dérivant autonome Argo, mesurant la pression, la température et la salinité de la colonne d’eau entre la surface et 2000 m de profondeur

Volcans sous-marin peu profonds

Pour reconstituer l’origine de ces fluides riches en fer, les scientifiques ont combiné la modélisation aux données in situ collectées par le flotteur. Ils montrent ainsi que les eaux hydrothermales proviennent de l’arc volcanique des Tonga, une zone de subduction hérissée de volcans sous-marins situés à faible profondeur, entre 200 et 500 mètres. Les fluides émis atteignent ainsi facilement la couche productive de la colonne d’eau, dans les 100 premiers mètres sous la surface. Le fer d’origine hydrothermal semble diffuser largement au niveau régional, au profit des micro-algues fixatrices d’azote et de tout l’écosystème, grâce aux conditions favorables de circulation de l’eau dans cette partie de l’océan. « À l’avenir, nous allons étudier les interactions entre sources hydrothermales peu profondes et écosystèmes de surface , indique Sophie Bonnet, biogéochimiste à l’Institut méditerranéen d’océanologie de l’IRD et coordonnatrice avec Cécile Guieu du tout nouveau programme TONGA 5, centré sur ce sujet. Ce domaine reste terra incognita,tant les sources marines connues jusqu’ici étaient profondes et leur impact vertical limité . »

Notes :

1. Cécile Guieu, Sophie Bonnet, Anne Petrenko, Christophe Menkes, Valérie Chavagnac, Karine Desboeufs, Christophe Maes & Thierry Moutin, Iron from a submarine source impacts the productive layer of the Western Tropical South Pacific (WTSP), Scientific Reports volume 8, Article number : 9075, 13 juin 2018

2. Campagne OUTPACE (Oligotrophy from Ultra-oligoTrophy PACific Experiment - Séquestration océanique du CO2 et fixation d’azote atmosphérique dans l’océan
oligotrophe) https://outpace.mio.univ-amu.fr/

3. Programme international impliquant 30 pays pour maintenir en permanence un réseau de 3 000 flotteurs, à raison de 800 à 900 mises à l’eau par an

4. Les scientifiques français en déploient 80 par an, en profitant des campagnes océanographiques.

5. Shallow hydroThermal sOurces of trace elemeNts : potential impacts on biological productivity and the bioloGicAl carbon pump - Apports d’éléments traces issus de sources hydrothermales peu profondes : impact potentiel sur la productivité marine et la pompe biologique à carbone (2018-2022)