Aper?u de la pompe biologique à carbone dans la mer

Les océans jouent un r?le important dans l'équilibre global du dioxyde de carbone. Ils abritent en effet des milliards et des milliards d'algues minuscules qui absorbent le dioxyde de carbone par photosynthèse et l'intègrent dans leur biomasse. Lorsque ces algues meurent, elles s'écoulent - avec les excréments des petits crustacés qui s'en nourrissent - dans des zones plus profondes sous forme de "neige marine", où environ un pour cent du dioxyde de carbone incorporé est enfoui dans le fond marin pour des milliers d'années.

La neige de mer coule doucement

Parce que cette précipitation persistante de flocons de neige marine évacue le carbone vers les profondeurs océaniques, les spécialistes l'appellent aussi pompe biologique. La performance de la pompe biologique à carbone est essentiellement déterminée par deux processus opposés : La descente des flocons organiques et leur décomposition par les bactéries. Les flocons qui coulent augmentent les rétroactions carbone-climat vers les profondeurs, tandis que les bactéries qui se décomposent réduisent les rétroactions carbone-climat en éliminant le carbone des particules qui coulent. Les modèles océaniques actuels partent du principe que les deux processus - vitesse de descente et taux de décomposition - sont indépendants l'un de l'autre. "Mais nous avons montré que la descente accélère les processus de décomposition", explique Uria Alcolombri de l'Institut des sciences et ingénierie de l'environnement de l'ETH Zurich.

Alcolombri est le premier auteur d'une étude qui vient d'être publiée dans la revue scientifique page externeNature Geoscience publiée par le groupe de recherche de Roman Stocker. Pour leurs recherches, les chercheurs ont eu recours à une astuce : au lieu de suivre les flocons qui coulent dans la mer, ils ont placé des particules d'alginate individuelles de quelques millimètres dans une chambre microfluidique à travers laquelle ils ont pompé de l'eau de mer artificielle. "Dans nos expériences, ce ne sont pas les flocons de neige qui se sont déplacés dans la mer, mais la mer qui a baigné les flocons de neige. Mais la vitesse relative reste la même", explique Alcolombri.

Produits de dégradation emportés par les eaux

Les chercheurs ont colonisé les particules d'alginate avec des bactéries génétiquement modifiées et de couleur verte. Celles-ci ont décomposé les flocons beaucoup plus rapidement lorsque l'eau a traversé la chambre. Les chercheurs expliquent le fait que la décomposition des particules dans l'eau calme dure environ dix fois plus longtemps par le fait que les produits de décomposition sont emportés par l'eau courante. Ainsi, les enzymes des bactéries effectuent leur travail exclusivement sur les particules, sans s'attarder sur la poursuite de la décomposition des molécules déjà séparées.

S'appuyant sur cette observation, Alcolombri et son collègue Fran?ois Peaudecerf ont con?u un nouveau modèle de pompe biologique à carbone dans l'océan, qui prend en compte l'influence de la descente sur la décomposition des flocons. Les calculs du modèle suggèrent que la dégradation accrue des particules due à la descente réduit de moitié l'efficacité théorique de transport de la pompe à carbone. Et qu'une grande partie des algues mortes est déjà dégradée dans les couches supérieures de l'océan, ce qui correspond exactement aux mesures du transport réel de carbone dans l'océan.

Le plus petit a un impact sur le plus grand

Alcolombri affirme que ses recherches n'ont pas pour but d'augmenter les performances de la pompe à carbone biologique, mais : "Ce qui nous intéresse, c'est la compréhension fondamentale des processus naturels. Nous voulions savoir comment fonctionne la pompe biologique", explique Alcolombri. "Cette compréhension est importante si nous voulons mieux prédire comment nos océans vont réagir au changement climatique".

Le fait qu'il se soit avéré que le taux de décomposition de la neige marine - et indirectement aussi la teneur globale en dioxyde de carbone dans l'atmosphère - est déterminé par une dynamique de transport microscopique montre une fois de plus que dans l'environnement, même des choses minuscules peuvent avoir un impact sur le grand tout.