Il est bien connu que les hydrates de gaz naturel, des réseaux cristallins de molécules d'eau liées par des liaisons hydrogène qui encapsulent de petites molécules d'hydrocarbures, sur les fonds océaniques constituent à la fois un accélérateur potentiel du changement climatique et l'une des plus grandes sources d'énergie sur Terre. Mais si les énormes quantités de gaz naturel qui sont ainsi confinées restent enfermées en toute sécurité dans des cages d'hydrates cristallins, ou sont libérées dans l'océan potentiellement pour devenir des gaz à effet de serre atmosphériques, cela peut dépendre en partie d'une symbiose inhabituelle du fond marin entre les vers et leurs voisins microbiens. .

Des chercheurs de la NYU Tandon School of Engineering ont découvert que cet écosystème naturel impliquant des vers plumeaux (Sabellidae, Annelida) et des bactéries génératrices de chaleur et absorbant la chaleur (Archaea) qui consomment du méthane enclathré - ou enfermé dans une structure cristalline - par des hydrates dans les environnements marins profonds jouent un rôle clé dans le maintien de l'équilibre qui maintient les hydrates congelés.

Cherchant à examiner l'influence que de subtiles fluctuations de température peuvent avoir sur la stabilité dynamique des dépôts d'hydrates, les chercheurs, dirigés par Ryan Hartman, professeur de génie chimique et biomoléculaire à NYU Tandon, ont découvert que les vers plumeaux, qui se développent autour des hydrates cristallins, en consommant sélectivement des bactéries génératrices de chaleur appelées méthanotrophes qui métabolisent le méthane, freiner la fusion potentielle de ces structures cristallines (libération de méthane piégé) due au métabolisme exothermique des microbes.

Dans une étude récemment publiée, "Microbe-Worm Symbiosis Stabilizes Methane Hydrates in Deep Marine Environments", dans Energy &Fuels, des chercheurs, dont l'auteur principal Tianyi Hua, Maisha Ahmad et Tenzin Choezin, ont simulé l'écosystème en résolvant le bilan énergétique associé et la cinétique de dissociation de l'hydrate de méthane. Ils ont examiné et analysé la vitesse de dissociation - la vitesse à laquelle les hydrates congelés se désassemblent en composants moléculaires - et ont découvert que la symbiose établie entre les méthanogènes (bactéries productrices de méthane), les méthanotrophes et les vers plumeaux stabilise en effet les hydrates de méthane à des profondeurs où les cristaux sont exposés à l'océan et à ses organismes vivants.

Les implications sont profondes, car de grandes quantités de méthane (200 à 500 gigatonnes de CH₄ ), qui se forment spontanément à partir d'eau et de petites molécules hydrophobes dans des conditions de température et de pression spécifiques, sont stockés sous forme d'hydrates dans l'océan du monde entier.

"Notre découverte montre mathématiquement l'étendue de la symbiose entre les microbes qui consomment des hydrates de méthane et génèrent de la chaleur, et les vers plumeaux qui consomment ces microbes", a déclaré Hartman. "C'est important car, en l'absence de vers ou d'un déséquilibre anormal de leurs populations, ces microbes pourraient générer suffisamment de chaleur pour faire fondre les hydrates. Les vers mangent sélectivement les bactéries qui génèrent le plus de chaleur."

Pour examiner comment le réchauffement des océans pourrait perturber cet équilibre fragile, l'équipe a combiné les enregistrements historiques de la température des océans et les estimations de l'inventaire des hydrates de gaz avec leur modèle ; leurs découvertes suggèrent que des dépôts d'hydrates aussi profonds que 560 mètres sous le niveau de la mer pourraient déjà être menacés, même si la température de l'océan cesse d'augmenter, et la zone de stabilité des hydrates de méthane reculera plus profondément à mesure que la température de l'océan augmentera. De plus, une diminution de la population de vers pourrait affaiblir la suppression du taux de croissance des méthanotrophes, et la prolifération conséquente de méthanotrophes générerait des quantités excessives de chaleur, déstabilisant davantage les hydrates.

En revanche, une augmentation de l'activité microbienne méthanogène rendrait le système plus endothermique et renforcerait ainsi la tolérance aux fluctuations de température proches de la limite de phase de l'hydrate de méthane.

"Ralentir le recul de cette dynamique biologique dans les eaux plus profondes pourrait contribuer à retarder ou à contrecarrer le rejet massif de gaz à effet de serre dans la mer", a-t-il déclaré. "Que les gaz se recristallisent ou atteignent la surface de l'océan est un sujet de recherche très débattu et important."