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Quand le monde du silence est en pleine effervescence

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Quand le monde du silence est en pleine effervescence

Les sources hydrothermales sont des émissions de fluides chauds à partir des fonds marins. L’eau de mer qui circule à travers des roches fracturées, est chauffée par le magma sous-jacent. En grande profondeur, l’activité hydrothermale se concentre à la jonction des plaques tectoniques, sur les dorsales medio-océaniques ou en arrière des arcs volcaniques dans zones de subduction. Nadine Le Bris, professeur à l’UPMC et directrice du laboratoire d’écogéochimie des environnements benthiques (LECOB, CNRS/UPMC), explique ces phénomènes géologiques mis au jour dans les années 1970 et présente les travaux en cours sur les écosystèmes environnants.

 

Réactions chimiques en eaux profondes

Les fluides hydrothermaux ont une composition géochimique très variable, avec de fortes concentrations en sulfure et, parfois, en hydrogène et en méthane. Mélangés à l’eau de mer, ces fluides sont le siège de réactions chimiques fortement énergétiques. Les microorganismes chimiolithoautotrophes capables d’exploiter cette énergie pour fixer du CO2 sont les producteurs primaires des écosystèmes dits hydrothermaux.

 

Stries de croissance sur une coupe longitudinale de coquille de Bathymodiolus thermophilus colorée au bleu de Mutvei. © UPMC-LECOB K. Nedoncelle/F. Lartaud

 

L’étude de ces écosystèmes et de leur biodiversité, source de connaissances fondamentales et d’innovations, est favorisée par l’accessibilité de robots submersibles pour les scientifiques. La France est un acteur majeur dans ce domaine, notamment grâce aux recherches menées à l’UPMC avec ses partenaires du CNRS et de l’Ifremer.

 

Bivalve fossile du genre Bathymodiolus emprisonné dans une matrice carbonatée révélant la capacité de ces espèces symbiotiques à coloniser les sites d'hydrothermalisme alcalin. © UPMC-LECOB F. Lartaud

 

Interactions environnement chimique et symbioses

Les espèces emblématiques d’invertébrés hydrothermaux vivent en symbiose avec des bactéries, spécialistes d’une ou plusieurs espèces-hôtes. Des communautés biologiques particulièrement productives sont ainsi formées autour d’émissions hydrothermales diffuses, lorsque la température du fluide dilué dans l’eau de mer sous le plancher océanique n’est plus que de quelques degrés au-dessus de celle des eaux profondes.

 

Mesures chimiques de sulfure sur des assemblages d’invertébrés hydrothermaux à 2500 mètres de fond (Campagne MESCAL 2012). © Ifremer

 

En 2012, la campagne MESCAL avec le submersible profond Nautile et coordonnée par le LECOB, a associé plusieurs laboratoires de l’UPMC spécialistes de processus écologiques et biologiques qui gouvernent les relations entre ces communautés d’organismes et leur habitat. L’approche expérimentale originale développée par l’équipe du LECOB associait des mesures in situ à l’aide de capteurs électrochimiques autonomes et la caractérisation de la dynamique de croissance de bivalves par marquage des coquilles à 2.500 mètres de fond. L’analyse sclérochronologique combinée à la variabilité de l’énergie disponible et des facteurs de stress permettra de mieux comprendre les conditions qui favorisent la croissance de ces organismes symbiotiques.

 

Coulée de basalte recolonisée par des espèces symbiotiques endémiques après une éruption volcanique à 2500 m de profondeur fin 2005 (est-Pacifique). © Ifremer/MESCAL2012

 


Leonardo Contreira Pereira, doctorant du LECOB préparant des capteurs chimiques autonomes à bord de l'Atalante avant leur déploiement in situ. © LECOB CNRS UPMC/KNedoncelle

 

Instabilité des habitats et recolonisation

L’activité d’une source hydrothermale est éphémère, elle dure environ une dizaine d’années sur les dorsales où l’activité magmatique est importante (dorsale Est Pacifique). Les éruptions volcaniques sont d’ailleurs connues pour influencer fortement la composition des fluides, en plus d’éradiquer les communautés biologiques précédemment installées. Ces environnements naturellement instables permettent de mieux comprendre la dynamique des écosystèmes profonds en réponse aux perturbations.

 

Les scientifiques du LECOB s’intéressent à la capacité des communautés à recoloniser un environnement instable soumis à de fortes perturbations. Avec leurs partenaires étrangers, ils étudient les relations étroites entre géochimie des habitats et diversité biologique dont les mécanismes restent à élucider.

 

Mesures électrochimiques in situ sur une source hydrothermale dans le cadre d'une collaboration franco-américaine. © WHOI/S. Sievert

 

Les travaux portent également sur la diversité des types d’habitats favorables à la chimiosynthèse dans l’océan. La découverte fortuite en 2000 d’une forme nouvelle d’hydrothermalisme sur un flanc de la dorsale medio-Atlantique a conduit la communauté scientifique à s’interroger sur la capacité des espèces hydrothermales à coloniser ce type d’habitat. L’environnement hydrothermal très alcalin (jusqu’à pH 10) mais riche en hydrogène et en méthane contraste avec ceux connus à ce jour. Les travaux du LECOB sur des fossiles de bivalves échantillonnés lors d’une précédente campagne ont confirmé pour la première fois cette possibilité. Cette découverte élargit considérablement la distribution géographique potentielle de ces écosystèmes.

 

L’existence de ces habitats dispersés, favorables à l’installation et la croissance d’espèces-clés, est un élément essentiel pour le maintien d’un écosystème fragmenté aujourd’hui soumis à une pression plus forte des activités humaines. Les métaux dont le cuivre, le zinc et en moindre proportion de nombreux métaux « stratégiques », extraits des roches par les fluides hydrothermaux et accumulés sur le fond, sont convoités pour l’exploitation minière. Cette situation nouvelle renforce la nécessité de recherches fondamentales sur ces écosystèmes de grande profondeur dont la vulnérabilité et la capacité de résilience restent mal connues.

 

Pour en savoir plus :

Laboratoire d'écogéochimie des environnements benthiques (LECOB)Nouvelle fenêtre

 

Observatoire Océanologique de Banyuls-sur-MerNouvelle fenêtre

 

Quelques références :

  • Biofutur N°336 Octobre 2012. Dossier : Vivre dans les milieux extrêmes.
  • Mullineaux L. S., Le Bris N., S. W. Mills, P. Henri, S. R. Bayer, R. G. Secrist, N. Siu, Detecting the influence of initial pioneers on succession at deep-sea vents. PLoS One. In press PONE-D-12-19172.
  • Lartaud, C. T. S. Little, M. de Rafelis, G. Bayon, G. Dyment, B. Ildefonse, V. Gressier, Y. Fouquet, F. Gaill, N. Le Bris (2011). Fossil evidence for serpentinization fluids fueling chemosynthetic assemblages. Proc. Nat. Acad. Sci., 108(19)7698-7703.



18/03/13