Changement climatique : le plancton peut-il nous sauver ?

Parmi la multitude d'espèces qui peuplent les océans, le plancton est sans doute la plus importante. Avant toute chose, il est à la base du réseau alimentaire aquatique, et constitue toute l'alimentation d'une vaste diversité d'espèces marines, du zooplancton microscopique aux baleines, en passant par les petits poissons. Les espèces de plancton sont également responsables d'environ 50% de la photosynthèse sur terre et génèrent près de 50% de l'oxygène que nous respirons. En d'autres termes, ils consomment du dioxyde de carbone à une échelle comparable à celle des forêts et autres plantes terrestres. Leur influence sur l'effet de serre naturel est considérable, et personne n'est encore sûr de la façon dont ils réagiront au réchauffement causé par le surplus de dioxyde de carbone produit par les activités humaines. "Le résultat est on ne peut plus incertain", confie le Dr. Jamie Wilson, chercheur à l'université de Bristol. "Les espèces de plancton pourraient aider à atténuer le changement climatique ou, au contraire, elles pourraient l'aggraver. Quoiqu'il en soit, leur impact sera probablement décisif." Les observations et les connaissances actuelles sur la manière dont fonctionne la 'pompe biologique à carbone' du plancton, particulièrement dans les couches océaniques profondes, sont limitées. Par conséquent, les prévisions futures de la séquestration et de la productivité du carbone ne sont pas fiables. Pour combler ces lacunes, le chercheur travaille au développement d'un modèle novateur qui conjugue une modélisation de pointe des écosystèmes et des espèces planctoniques avec l'éventail complet des processus connus responsables du cycle des matières organiques dans les eaux profondes. Les objectifs sont pluriels : établir un lien plus clair entre le plancton et le climat, fournir une évaluation de l'impact sur les zones de pêche dans le monde, et évaluer les risques futurs liés à la séquestration du carbone par le plancton dans les eaux profondes. Ce projet a pour but d'informer les gouvernements et les décideurs à temps pour le 6ème Rapport d'évaluation Groupe d’experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) sur les conséquences, l'adaptation et la vulnérabilité liées à ces changements.

La photosynthèse chez les espèces de plancton, comme chez les plantes, est un processus qui utilise l’énergie solaire, l’eau et le dioxyde de carbone pour produire de l’oxygène, des nutriments et des composés organiques (matières qui contiennent une grande quantité de carbone). “La matière organique produite par les écosystèmes planctoniques suit deux itinéraires significatifs pour la société", explique le Dr. Wilson. La majorité entre dans les réseaux trophiques pélagiques, et une petite fraction (généralement le plancton mort) sombre dans les couches océaniques profondes, formant un mécanisme clé de la séquestration biologique du carbone (stockage à long-terme du dioxyde de carbone atmosphérique). En bref, le plancton joue un rôle crucial dans le maintien des zones de pêche et dans la réduction du niveau de CO2 dans l’atmosphère". De façon alarmante, “on s’attend à ce que les émissions anthropogéniques de CO2, parce qu’elles ont un impact sur la température, l’acidification et la désoxygénation des océans, soient à l’origine d’importants changements dans la biodiversité des écosystèmes planctoniques”, rapporte le chercheur. Cependant, les processus responsables du cycle des nutriments et de la séquestration du carbone dans les couches océaniques profondes sont si nombreux et si divers qu'en évaluer les conséquences avec un quelconque niveau de certitude constitue un véritable défi. Le projet du Dr. Wilson a pour objectif de faire la lumière sur ces processus, y compris ceux qui ont lieu dans la "zone crépusculaire", comme l’appellent les scientifiques, tout en s'efforçant d'évaluer lesquels sont les plus importants. “Notre compréhension actuelle de ces processus ne nous permet pas de prédire ce qui va se produire. De fait, les modèles océaniques les plus récents donnent des résultats complètement différents. A titre d’exemple, le chercheur évoque une étude de modélisation récente qui tient compte de la dégradation liée à la température des particules sombrant dans les eaux profondes, et qui a établi que le processus inversait le phénomène de productivité de matière organique trouvé par les modèles du GIEC.

Un modèle d’écosystème pour transcender les derniers modèles du GIEC

Afin de réduire notre niveau d’incertitude, le Dr. Wilson s’efforce de développer une approche de modélisation plus complète, alliant un modèle détaillé des écosystèmes planctoniques à l’ensemble de la gamme de processus affectant le cycle de matière organique. “Jusqu’à il y a environ 10 ans, les données dont nous disposions semblaient indiquer que rien de très intéressant ne se produisait dans les profondeurs des océans ; par conséquent, les modèles étaient simples", explique le chercheur. "Mais aujourd’hui, nous savons que ce n’est pas vrai : il se passe bien plus de choses dans les couches profondes des océans que nous ne l’avions initialement supposé. Nous nous trouvons, donc, à une étape intermédiaire, où nous savons qu’il nous faut d’autres modèles”. De façon assez caractéristique, les modèles les plus fréquemment employés pour mesurer l’impact du changement environnemental sur les écosystèmes planctoniques ne tiennent compte que des caractéristiques d’un échantillonnage limité de plancton. Une approche alternative consisterait en un modèle basé sur des caractéristiques représentatives de centaines de “taxons” potentiels, chacun avec un jeu de caractéristiques aléatoires unique. “Ils offrent une représentation bien plus dynamique de la diversité du plancton, mais nécessitent généralement de forts coûts de calcul, ce qui limite le nombre d’expériences qui peuvent être menées”, précise le Dr. Wilson. Le projet cherche à surmonter ces contraintes en utilisant deux modèles complémentaires : un modèle basé sur les caractéristiques, développé récemment et informatiquement efficace, couplé à un modèle du système terrestre à faible résolution (EcoGENIE), et un modèle basé sur les caractéristiques couplé à un modèle océanique, tous deux à une résolution plus élevée (MITgcm). “L’utilisation de ces deux modèles permettra d’équilibrer les besoins conflictuels en termes d'efficacité de calcul et de prévisions haute résolution", explique-t-il. "En effet, nous devons être capables d’effectuer un grand nombre d’expériences afin d’assurer une analyse d’incertitude complète ; cela, tout en obtenant des données suffisamment précises afin qu’elles soient pertinentes auprès des parties prenantes et des politiques”.

Des études récentes ont mis en lumière le rôle crucial joué par le plancton lors des derniers événements de glaciation de notre planète. Parallèlement, leur rôle actuel dans le cycle du carbone sera vraisemblablement décisif quant à la vitesse à laquelle notre climat va changer dans le futur. Cependant, l’état actuel de nos connaissances sur les processus impliqués dans ce phénomène est grandement insuffisant pour prédire ce qui nous attend, et encore plus pour agir dans les délais les plus brefs. Les résultats de projets tels que celui-ci seront absolument décisifs dans un avenir proche, dans la mesure où ils apporteront des informations critiques aux chercheurs s’efforçant de comprendre ces processus, ainsi qu’aux parties prenantes concernant les risques auxquels nous devons faire face.