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Une nouvelle étude pilotée par des chercheurs du Département de Géologie de l’Université d’Oviedo (Espagne) et du CEREGE (CNRS – Université d’Aix-Marseille – IRD / France) laisse supposer qu’un taux de CO2 atmosphérique élevé n’est pas forcément une mauvaise nouvelle pour les algues microscopiques que sont les coccolithophores. Cette recherche, publiée dans le journal Nature Communications le 14/01/2016, montre pour la première fois que l’épaisseur des coquilles de coccolithophores a diminué d’environ de moitié au cours des 10 derniers millions d’années. Étonnamment, cette diminution suit la baisse sur le long terme de la concentration de CO2 dans les océans ; pour les auteurs ceci suggère qu’une importante quantité de CO2 pourrait aider les coccolithophores à construire des coquilles plus épaisses, au moins sur les échelles temporelles de plusieurs millions d’années. En apportant des données nouvelles sur les changements passés dans le CO2, cette étude apporte également la preuve du lien étroit existant entre taux du CO2 et les climats chauds.

Les organismes marins qui fabriquent des coquilles de carbonate de calcium – des moules aux coraux en passant par les algues microscopiques – sont emblématiques de la vie dans l’océan et risquent d’être les premières victimes des changements climatiques. En effet, les océans absorbent des quantités toujours plus grandes du dioxyde de carbone (CO2) émis par les activités humaines, et s’acidifient à l’échelle globale. Cette acidification pourrait empêcher la formation des coquilles ou squelettes calcaires ou les amincir.

Pour étudier les relations entre changements climatiques et organismes à coquilles calcaires, les chercheurs se sont intéressés aux coccolithophores, un groupe de minuscules algues unicellulaires du phytoplancton dont les coquilles fossiles s’accumulent au fond des océans constituant d’inestimables archives de l’histoire de la Terre. C’est à ces organismes que l’on doit les grandes falaises de craie de la côte normande. De même, l’étude de ces coquilles fossiles les aide à mieux comprendre comment ces organismes, à la base de la chaine alimentaire océanique, se sont adaptés aux changements de l’océan dans le passé géologique.

Pour cette nouvelle étude, les chercheurs ont extrait les minuscules coquilles fossiles de carottes sédimentaires prélevées dans l’océan Indien et dans l’océan Atlantique tropical. En mesurant la quantité de lumière passant à travers les coquilles avec un microscope spécialisé, ils ont déterminé l’épaisseur de chaque coquille. En combinant de telles mesures effectuées pour des milliers de coquilles, ils ont pu montrer que simultanément, dans les deux océans, les coquilles ont commencé s’amincir il y a environ 9 millions d’années. La synchronicité de ce changement dans deux zones considérablement éloignées indique qu’il est probable que la cause de l’amincissement des coquilles est due à un changement global de l’état de l’océan.

Pour comprendre les causes de ce changement global de l’épaisseur des coquilles, l’équipe a effectué des mesures géochimiques des coquilles et des résidus de matière grasse appelés alcénones, produite par les algues conservés dans les mêmes sédiments pendant des millions d’années. Les mesures de la chimie des alcénones témoignent de changements dans la concentration de CO2 dans l’océan, une ressource essentielle pour la croissance des algues. Les mesures des types de carbone dans les coquilles ont permis de montrer comment la cellule est capable de répartir le carbone prélevé de l’eau de mer entre les processus de calcification et de photosynthèse qui en consomment tous les deux. Ces résultats confirment que les coquilles se sont amincies alors que le CO2 global diminuait et que les coccolithophores se sont adaptées en détournant le carbone disponible vers la photosynthèse au détriment de la fabrication de la coquille. Ces résultats sont en accord avec une étude précédente datant de 2013 *, montrant qu’avec peu de CO2 ces algues s’adaptent en réduisant le carbone réservé pour la formation des coquilles.

En même temps, la démonstration d’une diminution du CO2 sur cette période de temps permet de mieux comprendre la sensibilité du climat aux variations de CO2 sur des échelles de temps longues dans le passé. Des preuves d’un fort refroidissement des océans au cours des 15 derniers millions d’années ont été accumulées par de nombreuses équipes de scientifiques au cours de la dernière décennie. En montrant clairement un important déclin de la concentration de CO2 dans l’océan dans cet intervalle de temps, les nouvelles données prouvent le lien suspecté par de nombreux scientifiques entre CO2 et climat sur cette période, et permettent d’expliquer le refroidissement. Les conditions chaudes et le haut niveau de la mer d’il y a 10 à 15 millions d’années, comparé à aujourd’hui, ont très probablement été causés par une plus forte concentration en CO2 atmosphérique à cette époque.

Le fait que les algues calcifiantes étudiées synthétisent des coquilles plus épaisses pendant les périodes pendant lesquelles le CO2 est élevé, ne signifie pas qu’il n’y a pas de danger pour tous les organismes calcifiants de l’océan. Les coccolithophores font figure d’exception parmi les organismes calcifiants océaniques : ce sont des plantes, et ont donc besoin de carbone à la fois pour la photosynthèse et pour la calcification. Les organismes calcifiants qui ne font pas de photosynthèse, comme les coraux, les huîtres et certains planctons (les foraminifères par exemple), répondront très probablement de manière spécifique pour la calcification et les adaptations potentielles à un fort taux de CO2. De plus, les vitesses de changement de la chimie des océans sont bien plus graduelles dans cette étude que celles des changements en cours et prédits pour les prochaines centaines d’années.