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Regain d'oxygène en profondeur

Alors que les océans fournissent la moitié de l'oxygène aux organismes qui le respirent sur la planète, certaines de ses zones recèlent des quantités très pauvres en oxygène. Les résultats d'une campagne en mer dans de telles eaux appauvries de l'océan Pacifique démontrent des teneurs insoupçonnées d'oxygène à des profondeurs limites de la zone euphotique, associant une communauté de bactéries photosynthétiques et microbiennes aérobiques.

Le cycle de l'oxygène dans les océans fournit la moitié du stock d'air disponible à tous les organismes aérobiques de notre planète. Cet oxygène dissous provient de plusieurs sources. Une source biologique, avec les organismes photosynthétiques qui, via le mécanisme de photosynthèse, produisent de l'oxygène. Ces organismes sont en grande majorité représentés par le phytoplancton et des bactéries photosynthétiques comme les cyanobactéries. À travers ce mécanisme de photosynthèse, le cycle de l'oxygène interagit avec le cycle du carbone.

On parle souvent de la pompe à carbone que constitue la dissolution du CO2 atmosphérique dans l'océan et à ce titre, l'océan joue un rôle majeur dans la régulation du réchauffement climatique en piégeant ce gaz à effet de serre dans les profondeurs. On ne parle pas aussi communément de pompe à oxygène mais la dissolution de l'oxygène atmosphérique dans l'océan est basée sur les mêmes processus physiques.

La répartition du taux d'oxygène dans les océans n'est pas homogène que ce soit horizontalement, en surface à l'échelle d'un même bassin ou verticalement, le long de la colonne d'eau. Elle dépend de plusieurs facteurs:

  • de l'activité organique : production d'oxygène dans la zone euphotique, consommation d'oxygène par la respiration aérobique des espèces animales ainsi que par la dégradation de la matière organique,
  • de la température de l'eau : les eaux froides absorbent plus l'oxygène que les eaux chaudes,
  • de mécanismes de formation d'eaux profondes et de ventilation des eaux, les transports verticaux à plusieurs échelles (mésoéchelle et submésoéchelle) qui transportent l'oxygène et ventilent les couches océaniques), de l'état de mer en surface (une surface agitée augmente la zone de contact entre océan et atmosphère).

En certaines zones océaniques, parfois très vastes, les taux d'oxygène sont très faibles et constituent des Zones de Minimum d'Oxygène, (ou OMZ, en anglais). Quand ce taux d'oxygène devient encore plus faible, on parle de Zones Marines Anoxiques (ou AMZ en anglais). Ces zones s'observent dans les régions tropicales, dans le Pacifique Est et dans le nord de l'océan Indien.

En 2014, dans le cade du projet AMOP, une équipe internationale comprenant des chercheurs d'institutions françaises et péruviennes (IMARPE, IGP, UNAC, LEGOS, MIO, OOV, MARBEC, LATMOS, LEMAR, LPO, OOB, EPOC, LOCEAN, ISTO, US IMAGO, DT INSU) a embarqué sur le R/V Atalante pour des mesures in-situ du taux d'oxygène dans les eaux du Pacifique Est, au large du Pérou. Une autre campagne en mer sur le R/V New Horizon, s'est déroulée un peu plus au nord, au large du Mexique.

Des sondes équipées de capteurs haute résolution ont permis d'établir des profils de mesures directes d'oxygène à des niveaux nanomoléculaires (par STOX, pour Switchable Trace Amount Oxygen) ainsi que les teneurs en chlorophylle (par fluorimétrie). Cependant, en deçà d'un certain seuil dans les zones hypoxiques et suboxiques, les taux faibles d'oxygène sont difficilement mesurables. Des échantillons d'eau ont également été prélevés le long des mêmes profils pour analyse postérieure en laboratoire par cytométrie de flux. Cette technique permet de compter et de caractériser les cellules, et en l'occurence de mesurer l'activité des colonies bactériennes. 

Cette combinaison de mesures directes du taux d'oxygène et indirectes, par le biais des teneurs en chlorophylle et de l'activité bactérienne aérobique montre la présence d'un pic secondaire de chlorophylle actif (SCM pour Secondary Chlorophyll Maximum), en profondeur, à la base de la zone photique (zone éclairée des couches supérieures de l’océan). Ce pic secondaire de chlorophylle, avec des concentrations de chlorophylle qui peuvent égaler celle du pic primaire de chlorophylle près de la surface, est associé à un pic d'activité bactérienne photosynthétique, représentée par des bactéries du genre Prochlorococcus et Synechococcus. Leur production d'oxygène est très rapidement consommée par les processus aérobiques microbiens dans un environnement proche de cette même couche océanique, de sorte qu'aucune accumulation d'oxygène n'ait lieu. Cette consommation d’oxygène semble si rapide qu’elle maintienne la concentration d’oxygène à des niveaux très bas, a priori, indétectables par des mesures conventionnelles. Ces résultats montrent qu’un mécanisme aérobique peut être maintenu dans une zone où les mesures in- situ directes d’oxygène indiquent des conditions anoxiques.

 

Avec le réchauffement climatique, et la plus faible dissolution de l'oxygène dans les eaux chaudes, les eaux s'appauvrissent en oxygène et les Zones à Minimum d'Oxygène tendent à s'étendre. Or, cet appauvrissement compromet le développement de la base de la chaîne alimentaire et toute la vie marine.

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