Le phytoplancton a besoin de lumière et de nutriments pour se développer. Les algues microscopiques trouvent rarement les deux à la fois en quantité suffisante dans l'océan. Dans les couches d'eau supérieures, elles manquent généralement de nutriments et plus bas, elles manquent de lumière. Une nouvelle étude menée par le Helmholtz Center Hereon dit maintenant :Le phytoplancton peut migrer entre les couches plus profondes et la surface de l'eau. Si cela se confirmait, cela aurait des conséquences énormes sur les calculs de la pompe à carbone naturel et donc sur les calculs actuels du budget carbone. Les résultats de l'étude ont été publiés aujourd'hui dans la revue Nature Climate Change .

Les mers et les océans sont l'un de nos plus grands puits de carbone. Chaque année, ils absorbent environ 30 % du CO₂ produit par l'homme et ainsi l'éliminer de l'atmosphère. C'est principalement grâce au phytoplancton. Grâce à la lumière et aux nutriments, ces plantes microscopiques absorbent le dioxyde de carbone et libèrent de l'oxygène. Jusqu'à présent, les chercheurs supposaient que le phytoplancton se déplaçait à peine par lui-même, mais qu'il était entraîné par les courants. Une étude menée par le Helmholtz-Zentrum Hereon présente maintenant des arguments qui remettent en question cette hypothèse. Pour cette publication, qui implique également le GEOMAR Helmholtz Center for Ocean Research Kiel et le Earth SURFACE System Research Center, l'équipe d'auteurs a analysé de nombreux résultats de recherche empirique. La conclusion :les données mesurées ne peuvent pas être expliquées par le mouvement passif du phytoplancton. Sur cette base, les scientifiques ont développé un nouveau modèle qui inclut la migration verticale du phytoplancton et peut ainsi calculer le "pompage" actif des nutriments.

"Les modèles précédents traitent le phytoplancton comme des particules passives, alors que de nombreuses preuves suggèrent qu'il migre activement pour absorber le carbone dans les couches supérieures via la photosynthèse et pour stocker les nutriments dans les couches inférieures", explique Kai Wirtz, auteur principal de l'étude et modélisateur d'écosystème à le Hereon Institute of Coastal Systems, Analysis and Modeling.

Les couches d'eau supérieures des mers et des océans manquent presque toujours de nutriments. Outre la lumière, les nutriments sont vitaux pour le phytoplancton. Pourtant, malgré des concentrations de nutriments manifestement plus faibles, des taux élevés de production primaire nette y sont mesurés. La production primaire nette est la biomasse produite par le phytoplancton, qui forme la base du réseau trophique marin. D'autres études ont pu détecter l'azote des couches d'eau plus profondes dans le phytoplancton près de la surface de l'eau. Les caractéristiques du phytoplancton, qui ont évolué au cours de millions d'années, suggèrent également des migrations plus actives :au moins les deux tiers de toutes les espèces se sont avérées capables de se déplacer activement. A quoi sert cette capacité, si les micro-organismes ne font que dériver passivement avec les courants ? La nouvelle étude présente maintenant cette théorie :le phytoplancton se déplace activement verticalement entre les couches d'eau supérieures et plus profondes. C'est ainsi qu'ils obtiennent les deux :la lumière dans les couches supérieures et les nutriments provenant d'une plus grande profondeur d'eau.

Un haut et un bas constant

L'équipe autour de Kai Wirtz explique que bien que le phytoplancton nage ou ne coule souvent que de quelques mètres par jour, il est capable de combler une profondeur d'environ 10 à 80 mètres avec la "réserve d'énergie" de la photosynthèse dans l'eau de surface riche en lumière. À une plus grande profondeur d'eau, il peut absorber suffisamment de nutriments jusqu'à ce qu'il se déplace à nouveau activement vers la surface de l'eau. Ce cycle de mouvement correspondrait à une pompe à charbon actif qui fonctionne beaucoup plus efficacement qu'on ne le pensait auparavant.

"Sur la base des calculs de notre modèle, nous supposons que les estimations actuelles de l'absorption de carbone océanique doivent être considérablement corrigées à la hausse", déclare Wirtz.

Jan Taucher, co-auteur de l'étude, déclare :« Il y a eu des études de cas individuelles dans le passé qui ont montré que certaines espèces de phytoplancton peuvent migrer activement verticalement et donc aussi transporter des nutriments et du carbone. La combinaison des données d'observation utilisées dans le nouveau modèle écologique car notre étude actuelle démontre que ce phénomène est beaucoup plus répandu qu'on ne le pensait auparavant. Nos résultats suggèrent que les calculs précédents ont peut-être sous-estimé la productivité marine et l'absorption de carbone."

60 fois les émissions de carbone de l'Allemagne

Actuellement, il n'existe aucune technologie capable de tester empiriquement la théorie directement au niveau microscopique des organismes. Mais il pourrait être intéressant d'entreprendre des recherches plus approfondies. Si la migration verticale du phytoplancton s'avérait vraie, cela signifierait que les océans absorberaient beaucoup plus de CO₂ que supposé actuellement, même avec la hausse des températures de l'air et de l'eau à l'avenir. Selon les calculs de l'équipe d'auteurs, qui comprend également Moritz Mathis du Helmholtz-Zentrum Hereon et Lan Smith du Earth SURFACE System Research Center, d'ici 2100, environ 40 gigatonnes de CO₂ supplémentaires par an seraient absorbées plus que ne le prédisent les modèles climatiques actuels. Cela correspond à soixante fois les émissions de carbone de l'Allemagne et donc environ 10 % de notre budget carbone. Cela ajusterait considérablement le compte climatique mondial à la hausse. Pour cela, cependant, il est nécessaire de connaître les processus essentiels, y compris les schémas comportementaux des micro-organismes. La vérification de la théorie de la nouvelle étude pourrait y contribuer de manière décisive. + Explorer plus loin

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