Cartographie des organismes planctoniques marins

Lundi, 22 juillet 2013

Après avoir effectué un énorme travail de récupération puis de traitement de plus d’un demi-million de données existantes, une collaboration internationale de modélisateurs marins et d’analystes de données de terrain vient d’éditer le premier atlas global de la biomasse et de la diversité des onze principaux groupes planctoniques marins. L’exploitation de cette mine d’information, qui n’en est qu’à ses débuts, apporte déjà des résultats étonnants. Destiné à être enrichi de toutes nouvelles données, cet atlas permettra notamment de suivre l’évolution des stocks des espèces étudiées.

Collecte du plancton à l’aide d’un filet, à Isla Magueyes au large de Puerto Rico en 2004. © Ralf Schiebel
Les organismes planctoniques(1) ont une importance fondamentale pour l’environnement : d’une part ils constituent la base des réseaux trophiques marins, lesquels procurent des services essentiels à l’homme, et d’autre part ils contrôlent les cycles biogéochimiques de plusieurs éléments majeurs. Ainsi, grâce à la photosynthèse, les algues microscopiques (phytoplancton) piègent du CO2 atmosphérique qui est ensuite transféré dans la chaîne alimentaire planctonique. À leur mort, les organismes chutent et leur contenu en carbone est exporté vers l’océan profond où il peut rester stocké plusieurs milliers d’années. En limitant ainsi l’accumulation de CO2 dans l’atmosphère, l’activité du plancton régule le climat à l’échelle globale. Le plancton contrôle également le cycle marin de l’azote. Enfin, il a une influence sur la formation des nuages via le relargage de composés soufrés dans l’atmosphère.

La connaissance fine de la distribution et de la concentration des espèces planctoniques marines est donc un enjeu majeur. Elle reste néanmoins trop limitée pour permettre de prédire leurs réponses face au changement climatique en cours.


Plus d’une dizaine de chercheurs français(2) ont collaboré à un large effort international visant à quantifier la distribution, dans l’espace et dans le temps, ainsi que le contenu en carbone de onze principaux groupes fonctionnels du plancton(3), qui sont des groupes clés pour le cycle du carbone.



Exemple d’espèces pour chaque groupe fonctionnel.

Distribution des données dans l’espace pour chaque groupe fonctionnel du zooplancton et du phytoplancton. Chaque point représente un lieu pour lequel des données existent. Pour cela, ils sont partis à la recherche des données existantes concernant ces organismes, en utilisant les bases de données déjà constituées et en lançant un appel à contribution auprès des taxonomistes du monde entier. Ils ont ainsi pu rassembler plus d’un demi-million de données issues de tous les océans du globe et portant sur des espèces planctoniques allant du picomètre pour la bactérie à plusieurs centimètres pour les organismes gélatineux, le krill et autres petits crustacés. Ces données (nom de l’espèce, date, latitude, longitude, profondeur et abondance) ont été rigoureusement contrôlées, chaque abondance a été convertie en biomasse, puis l’ensemble a été compilé pour former un atlas global de la biomasse et de la diversité du plancton, l’atlas MAREDAT (Marine ecosystem data) qui vient d’être mis à disposition du public.

Cet effort de compilation va continuer. L’atlas a en effet été conçu de manière à pouvoir être régulièrement alimenté de nouvelles données. Les chercheurs ont également prévu de lancer un nouvel appel à contribution en vue de rééditer cet atlas en 2015. L’objectif de cet effort dans la durée est de documenter d’éventuels changements dans les stocks du plancton marin, tels que des migrations, apparitions ou disparitions d’espèces dans l’espace et dans le temps.
Cet atlas montre d’ores et déjà clairement que les régions éloignées géographiquement des centres de recherche, tels l’océan Pacifique Sud et l’océan Austral, sont sous-échantillonnées de façon chronique et qu’un effort particulier vers ces régions devra être fait à l’avenir. En conséquences, les cartes de biomasse en fonction des groupes fonctionnels que ces données ont permis de dresser devraient évoluer de façon significative au cours des 10 prochaines années.

Biomasse moyenne (µg C l-1), dans les 200 premiers mètres, des différents groupes fonctionnels planctoniques étudiés et de la chlorophylle a. L’exploitation de cette base n’en est qu’à ses débuts. Un premier effort de synthèse a néanmoins été réalisé. Il montre que :

  • la biomasse globale des hétérotrophes (2.0–6.4 Pg C) est au moins égale, voire supérieure à celle des autotrophes (0.5–2.6 PgC) (en excluant le nanophytoplancton et les dinoflagellés autotrophes) ;
  • la biomasse du zooplancton calcifiant (0.9–2.3 Pg C) est substantiellement plus élevée que celle du phytoplancton calcifiant (0.01–0.14 Pg C) représenté par les coccolithophoridés ;
  • le "patchiness" (hétérogénéité) dans la distribution de la biomasse augmente avec la taille des organismes ;
  • même si les mesures de biomasse du zooplancton en-dessous des 200 m restent rares, les quelques données disponibles suggèrent que les bactéries et les Archaea ne sont pas les seuls organismes hétérotrophes présents en profondeur.

Des analyses préliminaires montrent également que l’océan profond abrite plus d’organismes planctoniques que les scientifiques n’en attendaient. Une exploitation des données taxonomiques portant sur les diatomées montre aussi que sur l’ensemble des données de la base, moins de 50 espèces, sur les quelques milliers d’espèces répertoriées, représenteraient à elles seules plus de 90 % de la biomasse de ce groupe.

L’intérêt de l’atlas MAREDAT est qu’il va permettre de mieux quantifier la biodiversité planctonique (nombre d’espèces répertoriées dans chaque groupe), de mieux comprendre les raisons de la coexistence de certaines espèces au sein d’un même biome(4), de mieux connaître les effets de l’acidification ou de la surpêche … Il pourrait aussi aider à déterminer si certains biomes jouent un rôle prépondérant sur les grands cycles biogéochimiques et si de ce fait il est nécessaire de recentrer les efforts scientifiques sur ces régions.
Il permettra aussi aux climatologues de confronter leurs modèles à des données biologiques de terrain dûment référencées. Un des enjeux de la modélisation du climat est en effet de mieux prédire l’évolution de la capacité des océans à pomper le carbone atmosphérique et pour ce faire d’affiner la connaissance de l’impact de la biodiversité en prenant en considération un plus grand nombre de groupes planctoniques clés réalisant des fonctions différentes au sein des écosystèmes.

Note(s): 
  1. Le planton regroupe l’ensemble des organismes incapables de mouvements propres par rapport au courant.
  2. Les laboratoires français impliqués dans cette collaboration : Institut méditerranéen d’océanographie (MIO/PYTHÉAS, CNRS / Université du Sud - Toulon - Var / IRD / Université Aix-Marseille), Laboratoire de planétologie et géodynamique de Nantes (LPGN, Université de Nantes / CNRS / Université d’Angers / Université du Maine / Université de la Rochelle / CNES), Laboratoire d’océanographie de Villefranche (LOV/OOV, UPMC Paris 6 / CNRS), Centre européen de recherche et d’enseignement de géosciences de l’environnement (CEREGE/PYTHÉAS, CNRS / Université Aix-Marseille / IRD / Collège de France), Adaptation et diversité en milieu marin (CNRS / UPMC Paris 6) et Laboratoire d'écogéochimie des environnements benthiques (LECOB, CNRS / UPMC Paris 6).
  3. Il s’agit des groupes suivants : picophytoplancton (Pico), picohétérotrophes (Bact), diazotrophes (Diaz), microzooplancton (Micro), coccolithophoridés (Cocco), foraminifères (Fora), phaeocystis (Phae), mésozooplankton (Meso), diatomées (Diat), ptéropodes (Pter), et macrozooplancton (Macro).
  4. Un biome est un ensemble d'écosystèmes caractéristiques d'une aire biogéographique.
Source(s): 

MAREDAT - Towards a world atlas of marine plankton functional types, Editor(s): W. Smith and S. Pesant, Special Issue, Earth System Science Data.

Contact(s):
  • Karine Leblanc, MIO/PYTHÉAS
    karine [dot] leblanc [at] univ-amu [dot] fr, 04 91 82 91 09
  • Ralf Schiebel, LPGN
    ralf [dot] schiebel [at] univ-angers [dot] fr, 02 41 73 52 38

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