À l'aide d'une flotte de flotteurs robotisés, notre étude publiée dans Nature révèle que la poussière soufflée par le vent fournit suffisamment de fer pour soutenir un tiers de la croissance du phytoplancton de l'océan Austral. Sachant cela nous aidera à comprendre comment le réchauffement climatique affectera les processus climatiques clés dans lesquels le phytoplancton est impliqué.

L’océan Austral agit comme un « amortisseur » climatique. Ses eaux froides et sa vaste superficie capturent chaque année jusqu'à 40 % du dioxyde de carbone (CO₂) d'origine humaine absorbé par les océans de la planète.

Le CO₂ généré par l’homme pénètre principalement dans l’océan lorsqu’il se dissout à la surface. Cependant, les processus biologiques qui transfèrent de grandes quantités de CO₂ de la surface vers les profondeurs de l'océan jouent un rôle essentiel dans le cycle naturel du carbone de l'océan.

Même de légers changements dans ces processus dans l’océan Austral pourraient affaiblir ou renforcer l’amortisseur climatique. C'est là que le phytoplancton joue un rôle clé.

Phytoplancton :petit mais puissant

Comme les plantes terrestres, le phytoplancton convertit le CO₂ en biomasse grâce à la photosynthèse. Lorsque le phytoplancton meurt, il s’enfonce dans les profondeurs de l’océan. Cela emprisonne efficacement le carbone pendant des décennies, voire des centaines d’années. C'est ce qu'on appelle la pompe à carbone biologique et elle contribue à réguler le climat de la Terre.

Le phytoplancton a besoin de nutriments et de lumière pour s’épanouir. L’azote, sous forme de nitrate, est l’un de ces nutriments essentiels et est abondant dans l’océan Austral. Pendant la période de floraison au printemps et en été, le phytoplancton consomme du nitrate.

Cela offre aux scientifiques une opportunité unique :en mesurant la quantité de nitrate qui disparaît de façon saisonnière, ils peuvent calculer la croissance du phytoplancton et le carbone séquestré dans leur biomasse.

Mais il y a une différence. Le fer, un autre nutriment essentiel, est rare dans l’océan Austral. Cette pénurie freine la croissance du phytoplancton, réduisant ainsi l'efficacité de la pompe biologique à carbone.

La poussière stimule la vie dans l'océan Austral

Le fer se trouve couramment dans le sol. Les vents transportent des poussières riches en fer des continents vers les océans. Cet apport de fer dérivé de la poussière peut déclencher des proliférations de phytoplancton, verdir des parties de l'océan et renforcer la pompe à carbone.

Historiquement, pour étudier les effets de la fertilisation ferreuse sur le phytoplancton – que le fer provienne de poussière, d'autres sources naturelles ou qu'il ait été délibérément ajouté – les scientifiques devaient entreprendre des voyages de recherche coûteux dans les régions reculées de l'océan Austral.

Cependant, les enseignements tirés de ces expériences étaient limités à de petites régions et à de courtes périodes au cours de certaines saisons. On savait peu de choses sur l'impact de la poussière sur le phytoplancton tout au long de l'année dans l'ensemble de l'océan Austral.

Pour combler cette lacune, nous nous sommes tournés vers les robots.

Les robots océaniques suivent la traînée de poussière

Au cours de la dernière décennie, les organismes de recherche ont déployé une flotte de flotteurs océaniques robotisés dans le monde entier. Ces robots suivent sans relâche les propriétés des océans, notamment la concentration en nitrates.

Dans notre étude, nous avons analysé les mesures de nitrates dans 13 600 sites de l’océan Austral. Nous avons calculé la croissance du phytoplancton à partir de la disparition des nitrates et combiné ces estimations de croissance avec des modèles informatiques de dépôt de poussière.

Grâce à cette nouvelle approche, nous avons découvert un lien direct entre l’approvisionnement en fer dérivé des poussières et la croissance du phytoplancton. Plus important encore, nous avons également découvert que la poussière ne coïncide pas seulement avec la croissance du phytoplancton :elle l'alimente en fournissant du fer.

Nous avons utilisé cette relation pour créer des cartes de productivité de l’océan Austral – passée, présente ou future. Ces cartes suggèrent que la poussière soutient aujourd'hui environ un tiers de la croissance du phytoplancton dans l'océan Austral.

Pendant les périodes glaciaires, une combinaison de conditions plus sèches, de niveaux de mer plus bas et de vents plus forts signifiait que les dépôts de poussière sur l'océan Austral étaient jusqu'à 40 fois plus importants qu'aujourd'hui.

Lorsque nous appliquons des simulations de poussière de la dernière période glaciaire à notre nouvelle relation, nous estimons que la croissance du phytoplancton était deux fois plus élevée pendant ces périodes plus poussiéreuses qu'elle ne l'est aujourd'hui.

Ainsi, en alimentant la croissance du phytoplancton, la poussière a probablement joué un rôle important dans le maintien des concentrations atmosphériques de CO₂ à de faibles niveaux pendant les périodes glaciaires.

Pourquoi est-ce important ?

Le réchauffement climatique et les changements d'utilisation des terres pourraient rapidement modifier l'apport de poussière dans l'océan à l'avenir.

Ces changements auraient des conséquences importantes sur les écosystèmes océaniques et les pêcheries, et nos recherches fournissent les outils nécessaires pour aider à prévoir ces changements.

Pour maintenir le réchauffement climatique en dessous de 1,5 °C, il est impératif de trouver des méthodes sûres et efficaces pour éliminer activement le CO₂ de l’atmosphère. Une stratégie proposée et controversée consiste à fertiliser l'océan Austral avec du fer, imitant les processus naturels qui ont diminué le CO₂ pendant les périodes glaciaires.

Nos résultats suggèrent qu'une telle stratégie pourrait augmenter la productivité dans les régions les moins poussiéreuses de l'océan Austral, mais des incertitudes demeurent quant aux conséquences écologiques de cette intervention et à son efficacité à long terme dans la capture du carbone.

En étudiant comment la nature a fait cela dans le passé, nous pouvons en apprendre davantage sur les résultats possibles et l'aspect pratique de la fertilisation des océans pour atténuer le changement climatique.