Les poissons, les baleines, les dauphins, les crabes, les oiseaux de mer et à peu près tout ce qui gagne sa vie dans ou hors des océans doivent leur existence au phytoplancton, des plantes unicellulaires qui vivent à la surface de l’océan.
Le phytoplancton est à la base de ce que les scientifiques appellent la productivité biologique océanique, la capacité d’un plan d’eau à soutenir la vie comme les plantes, les poissons et la faune.
« Une mesure de la productivité est la quantité nette de dioxyde de carbone absorbée par le phytoplancton », a déclaré Jorge Sarmiento, professeur de sciences atmosphériques et océaniques à l’Université de Princeton dans le New Jersey.
Les plantes unicellulaires utilisent l’énergie du soleil pour convertir le dioxyde de carbone et les nutriments en composés organiques complexes, qui forment de nouvelles matières végétales. Ce processus, connu sous le nom de photosynthèse, est la façon dont le phytoplancton se développe.
Les créatures marines herbivores mangent le phytoplancton. Les carnivores, à leur tour, mangent les herbivores, et ainsi de suite dans la chaîne alimentaire jusqu’aux prédateurs supérieurs comme les épaulards et les requins.
Mais comment l’océan fournit-il les nutriments dont le phytoplancton a besoin pour survivre et pour soutenir tout ce qui gagne sa vie dans ou hors de l’océan? Les détails entourant cette réponse sont précisément ce que Sarmiento espère apprendre.
Robert Frouin, météorologue chercheur à la Scripps Institution of Oceanography à La Jolla, en Californie, a déclaré qu’il était important de comprendre le processus par lequel le phytoplancton obtient les nutriments de l’océan pour comprendre le lien entre l’océan et le climat mondial.
« Les processus biogéochimiques marins réagissent et influencent le climat », a déclaré Frouin. « Un changement dans l’abondance et les espèces de phytoplancton peut résulter de changements dans les processus physiques contrôlant l’approvisionnement en nutriments et la disponibilité de la lumière du soleil. »
Apport d’oxygène
Le phytoplancton a besoin de deux choses pour la photosynthèse et donc leur survie: l’énergie du soleil et les nutriments de l’eau. Le phytoplancton absorbe les deux à travers leurs parois cellulaires.
Au cours de la photosynthèse, le phytoplancton libère de l’oxygène dans l’eau. La moitié de l’oxygène du monde est produite par photosynthèse du phytoplancton. L’autre moitié est produite par photosynthèse sur terre par des arbres, des arbustes, des herbes et d’autres plantes.
Lorsque les plantes vertes meurent et tombent au sol ou s’enfoncent au fond de l’océan, une petite fraction de leur carbone organique est enfouie. Il y reste pendant des millions d’années après avoir pris la forme de substances comme le pétrole, le charbon et le schiste.
« L’oxygène libéré dans l’atmosphère lorsque ce carbone enfoui a été photosynthétisé il y a des centaines de millions d’années est la raison pour laquelle nous avons tant d’oxygène dans l’atmosphère aujourd’hui », a déclaré Sarmiento.
Aujourd’hui, le phytoplancton et les plantes vertes terrestres maintiennent un équilibre constant dans la quantité d’oxygène atmosphérique de la Terre, qui représente environ 20% du mélange de gaz, selon Frouin.
Une forêt mature, par exemple, absorbe le dioxyde de carbone de l’atmosphère pendant la photosynthèse et le convertit en oxygène pour soutenir une nouvelle croissance. Mais cette même forêt dégage des niveaux comparables de dioxyde de carbone lorsque de vieux arbres meurent.
« En moyenne, cette forêt mature n’a donc aucun flux net de dioxyde de carbone ou d’oxygène vers ou depuis l’atmosphère, à moins de tout couper pour l’exploitation forestière », a déclaré Sarmiento. « L’océan fonctionne de la même manière. La majeure partie de la photosynthèse est contrebalancée par une quantité égale et opposée de respiration. »
Puits de carbone
Les forêts et les océans n’absorbent pas plus de dioxyde de carbone ni ne dégagent plus d’oxygène. Mais les activités humaines telles que la combustion du pétrole et du charbon pour conduire nos voitures et chauffer nos maisons augmentent la quantité de dioxyde de carbone libérée dans l’atmosphère.
La plupart des scientifiques du monde s’accordent à dire que ces concentrations croissantes de dioxyde de carbone dans l’atmosphère provoquent le réchauffement de la Terre. De nombreux chercheurs pensent que ce phénomène pourrait avoir des conséquences potentiellement catastrophiques.
Certains chercheurs soutiennent que l’enrichissement des océans en fer stimulerait la croissance du phytoplancton, qui à son tour capturerait l’excès de carbone de l’atmosphère terrestre. Mais de nombreux scientifiques des océans et de l’atmosphère se demandent si cela fournirait effectivement une solution rapide au problème du réchauffement climatique.
Des recherches menées par Frouin et son collègue Sam Iacobellis de la Scripps Institution of Oceanography suggèrent qu’une augmentation du phytoplancton pourrait en fait provoquer un réchauffement de la Terre, en raison d’une absorption solaire accrue.
« Nos simulations montrent qu’en augmentant l’abondance de phytoplancton dans la couche océanique supérieure, la température de surface de la mer est augmentée, ainsi que la température de l’air », a déclaré Frouin.
Comme le note Sarmiento, le phytoplancton obtient la majeure partie de son dioxyde de carbone des océans, pas de l’atmosphère.
« La quasi-totalité du dioxyde de carbone absorbé par le phytoplancton provient des profondeurs de l’océan, tout comme les nutriments, où les bactéries et autres organismes l’ont produit en respirant la matière organique qui a coulé de la surface », a déclaré Sarmiento.