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Lauréate

Josiane Mélançon

Université Laval

Le phytoplancton : un allié potentiel face aux changements climatiques

Josiane Mélançon - Concours de vulgarisation - 2011
Source : Josiane Mélançon
Le navire hauturier John P. Tully, où la chercheuse a réalisé des expériences de fertilisation des eaux du Pacifique.
Un thermostat planétaire

Lors du processus de la photosynthèse, les algues utilisent de l’eau et du gaz carbonique pour synthétiser des molécules organiques nécessaires à leur croissance, mais aussi pour produire de l’oxygène. On estime que la moitié de l’oxygène de l’atmosphère est produite par le phytoplancton! La photosynthèse a aussi pour effet de séquestrer une partie du carbone contenu dans le gaz carbonique, un gaz à effet de serre important. C’est un mécanisme connu sous le nom de pompe biologique du carbone : le gaz carbonique se dissout naturellement dans l’eau de mer; il est alors capturé par les algues qui l’incorporent à leurs molécules lors de la photosynthèse. Lorsqu’elles meurent, ces algues sédimentent vers les fonds marins, y retenant pour plusieurs millénaires une partie du carbone assimilé. La pompe biologique du carbone pourrait ainsi atténuer l’augmentation de la concentration de gaz carbonique atmosphérique présentement en cours.

Un autre mécanisme important par lequel le phytoplancton contribue à la régulation du climat est la production de diméthylsulfure (DMS). Ce gaz à base de soufre est produit naturellement par le plancton. Puis, il est ventilé vers l’atmosphère où il contribue à la formation de nuages, qui reflètent les rayons du soleil vers l’espace et diminuent ainsi la température : c’est un gaz à effet parasol. On estime qu’à sa concentration actuelle, le DMS contribue à refroidir la planète de 4 °C. 

Un désert océanique

Si la distribution et les cycles de croissance du phytoplancton sont assez bien connus, de vastes zones de l’océan continuent d’intriguer les chercheurs. En effet, malgré une abondance de nutriments, la concentration de phytoplancton y est très faible. On pourrait les qualifier de déserts océaniques. La gyre de l’Alaska est l’un de ces déserts.Des équipes de chercheurs québécois, canadiens et internationaux s’y intéressent de près, car malgré la croissance très faible du phytoplancton, les concentrations de DMS, ce gaz à effet parasol, sont exceptionnellement élevées en été. Ceci est sans doute lié à la dominance d’un groupe particulier de phytoplancton : les coccolithophores. Ceux-ci sont reconnus pour leur forte production de diméthylsulfoniopropionate (DMSP), le précurseur du DMS. Il s’agit donc d’un écosystème extrêmement intéressant pour comprendre comment le phytoplancton peut influencer le climat. Mais pourquoi le phytoplancton y croît-il si peu?

La réponse est venue à la fin des années 1980 avec le travail du Dr John Martin. Quelques jours seulement après avoir ajouté du fer à de l’eau récoltée dans la gyre de l’Alaska, John Martin a observé une forte croissance phytoplanctonique. Le fer était donc un facteur limitant. En effet, celui-ci est essentiel à la croissance, car il est utilisé par une enzyme impliquée dans la photosynthèse. Or, dans ce milieu loin des côtes où la profondeur peut dépasser 4000 mètres, l’eau de surface n’est pas en contact avec la croûte terrestre riche en fer. Pourtant, il y a bien une quantité minimale de fer qui s’y trouve puisque le phytoplancton, bien que peu dense, est présent. D’où provient ce fer?

D’un désert à l’autre

La réponse se trouve à des milliers de kilomètres de la gyre de l’Alaska, dans un autre désert, de sable celui-là. Dans le nord de la Chine et en Mongolie se trouvent de vastes régions désertiques, dont les déserts de Gobi et de Tengger. Fouettés par des vents puissants, particulièrement au printemps, ces déserts donnent naissance à de grands nuages de poussière qui voyagent vers l’est à haute altitude. Une fraction de cette poussière est si fine qu’elle reste en suspension dans l’atmosphère pendant des milliers de kilomètres avant de se déposer dans la gyre de l’Alaska, par exemple. Des traces de cette poussière ont été retrouvées jusque sur le continent américain et même en Europe!Mais ces poussières ne contiennent qu’un faible pourcentage de fer et ne sont déposées qu’en très faible quantité dans la gyre de l’Alaska… Se pourrait-il que ces poussières soient une source de fer suffisante pour le phytoplancton qui y vit?

Pour répondre à cette question, l’équipe de chercheurs de l’Université Laval dont je fais partie, en collaboration avec des chercheurs chinois, a procédé à des expériences de fertilisation d’eau de la gyre avec de la poussière de déserts chinois. Les résultats furent surprenants : même en utilisant des quantités extrêmement faibles de poussières, ils ont vu la population de phytoplancton quadrupler en quatre jours!

Le climat influence le phytoplancton qui influence le climat…

Certaines études prévoient une désertification accrue et une augmentation de la force des vents dans les années à venir. Ces changements sont susceptibles de modifier l’apport en poussières dans la gyre de l’Alaska. En étudiant l’effet de la poussière sur cet écosystème, notre équipe de chercheurs contribue à la compréhension du rôle du phytoplancton sur les variations climatiques, que ce soit par les processus de la pompe biologique du carbone ou celui de la production de DMS. 

Puisque l’on prévoit une augmentation du volume de poussière, et que celle-ci stimule la croissance du phytoplancton, on s’attend à ce que la pompe biologique du carbone devienne plus efficace et séquestre plus de carbone. Mais l’effet sera-t-il assez important pour modifier le cours des changements climatiques prévus? D’autre part, qu’adviendra-t-il de la production de DMS? Les coccolithophores responsables de sa production seront-ils encore dominants si l’écosystème est plus abondamment fertilisé ou céderont-ils leur place à des groupes de phytoplanctons qui produisent moins de DMS? Ces quelques questions à l’étude illustrent bien la complexité des fascinantes interactions qui existent entre le climat et le phytoplancton.