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Biodiversité

Où sont passés les anchois et les sardines ?

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En dix ans en Méditerranée, la biomasse des sardines a été divisée par trois, passant de plus de 200 000 tonnes à moins de 67 000 tonnes. On retrouve ces mêmes proportions chez les anchois. Mais où ces petits poissons – également appelés « petits pélagiques » – sont-ils donc passés ? Pour comprendre le phénomène qui a des impacts économiques importants, les scientifiques se sont associés aux pêcheurs. Chaque mois, les pêcheurs ont prélevé des anchois et sardines selon un protocole scientifique bien précis (lieu, date, heure, méthode de pêche). Le projet EcoPelGol a décrypté pendant trois ans les fluctuations des stocks de petits pélagiques dans le golfe du Lion. La faute n’incombe ni aux prédateurs, ni aux virus mais bien à l’environnement. Face à la baisse de qualité du plancton, les poissons utilisent plus leur énergie pour se reproduire que pour grandir… Financé par France Filière Pêche, EcoPelGol été réalisé par l’unité mixte de recherche MARBEC (IRD / Ifremer / CNRS / Université de Montpellier) 1 en partenariat avec l’Université de Gérone (Espagne) et l’Institut Méditerranéen d’Océanologie – MIO (Aix Marseille Université/Université de Toulon / CNRS / IRD).

Chalutage et tri de petits poissons pendant la campagne PELMED – Gros plan de sardines
Crédit : Isabelle Cheret / Ifremer – Olivier Barbaroux / Ifremer
1. L’Unité Mixte de Recherche (UMR) MARBEC, MARine Biodiversity, Exploitation and Conservation, est l’un des plus importants laboratoires travaillant sur la biodiversité marine et ses usages en France avec environ 230 agents, dont 80 chercheurs et enseignants-chercheurs. MARBEC est implantée à Sète, Montpellier et Palavas-les-Flots, ainsi que dans l’océan Indien, en Asie, en Afrique et en Amérique du Sud. Elle étudie la biodiversité marine des écosystèmes lagunaires, côtiers et hauturiers, principalement méditerranéens et tropicaux.

Les algues microscopiques privilégient la photosynthèse plutôt que la calcification des coquilles en cas de baisse du CO2 océanique

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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.

Coccolithophores cultivées en laboratoire, photographiés sur un filtre en cellulose avec un microscope à balayage électronique (MEB).
Crédit : Lorena Abrevaya (Univ. Oviedo)
Zoom
Crédit : Lorena Abrevaya (Univ. Oviedo)

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.

Les aimants : des pièges pour les requins bleus ?

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Dans un souci de préservation des requins peau bleue, une espèce aujourd’hui presque menacée d’extinction, des chercheurs de l’Institut méditerranéen d’océanographie (MIO/OSU Institut Pythéas, CNRS / AMU / IRD / UTLN) et de l’Institut de recherche sur les phénomènes hors équilibre (IRPHE, AMU / CNRS / École Centrale Marseille) se sont intéressés à l’utilisation d’aimants pour limiter leur prise au cours de la pêche à la palangre. Hélas ! Il s’avère que ces aimants attirent les requins peau bleue plutôt qu’ils ne les repoussent.

Fortement exploité depuis plusieurs années par rapport à son abondance dans l’Atlantique Nord, le requin peau bleue (Prionace glauca) est une espèce presque menacée d’extinction (statut IUCN 2013). Il constitue en effet l’une des principales prises de la pêche à la palangre 1 que mènent les armateurs espagnols et portugais dans l’Atlantique Nord, même lorsqu’il n’est pas l’espèce ciblée par les pêcheurs qui préféreraient trouver sur leurs hameçons, pour des raisons de rentabilité, des espadons ou des thons.

Requin peau bleue capturé par la palangre de surface en Atlantique Nord-Est
Crédit : Sébastien Biton Porsmoguer

Les requins sont dotés d’un organe électro-sensoriel appelé ampoules de Lorenzini, constitué d’un système complexe de capteurs reliés à des récepteurs positionnés autour de leur museau et de leur tête et capables de détecter les ondes électromagnétiques. Du fait que tout être vivant émet un faible champ magnétique, les requins peuvent ainsi localiser leurs proies.

Des chercheurs ayant remarqué de manière fortuite en laboratoire que leur requin cherchait à fuir un aimant placé près de lui, des tests ont été réalisés avec différentes espèces de requins. Il s’avère que ce comportement vis-à-vis des aimants n’est pas le même pour toutes les espèces. Qu’en est-il pour le requin peau bleue ? Ce requin ne pouvant vivre en captivité, son comportement n’a jamais été testé. Se pourrait-il que les aimants fassent fuir ces requins et puissent ainsi être utilisés dans la pêche à la palangre pour en limiter la prise ?

Position de l’aimant sur l’hameçon
Crédit : Christophe Almarcha

C’est à cette question que des chercheurs du MIO et de l’IRPHE ont cherché à répondre en testant pendant 3 jours, dans des conditions réelles de pêche à la palangre, l’effet de deux modèles d’aimants en néodyme, à haute résistance dans le temps et à puissance magnétique élevée, mais de taille différente. Un hameçon sur deux a été équipé d’un aimant. La palangre a été divisée en trois zones qui ont été plongées dans l’eau successivement, de manière à pouvoir étudier trois durées d’immersion.

Ces tests ont permis de montrer que, quelle que soit la durée d’immersion des hameçons, les captures de requins peau bleue étaient plus élevées au niveau des hameçons munis d’aimants qu’au niveau des hameçons sans aimant, et d’autant plus élevées que l’aimant utilisé était plus grand et donc plus puissant. Ainsi, les aimants auraient un effet attractif sur les requins peau bleue et leur utilisation dans la pêche à la palangre ne pourrait que les piéger !

En outre, les mesures physiques réalisées durant cette étude ont révélé un aspect pratique important à prendre en compte : à leur sortie de l´usine de fabrication, les hameçons sont déjà légèrement aimantés et pourraient donc attirer le requin peau bleue, même en l’absence d’aimant !

1. La palangre de surface est une ligne-mère de 50-90 km de long sur laquelle sont fixées des lignes dotées à leur extrémité d´un hameçon et d´un appât, qui est plongée dans l’eau à une profondeur de 20 m environ.

« Le saviez-vous ? » arrive sur la toile !

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« Le saviez-vous ? » c’est une série de clips de 2 à 4 minutes sur une question ou une notion scientifique, réalisés en s’appropriant le langage et les modes de consommation en ligne des adolescents. L’objectif de ces clips est de faire découvrir au grand public et plus particulièrement aux adolescents quelques facettes de la science de manière ludique et didactique. Retrouvez « Le saviez-vous TV ? » sur la toile.

Le projet est porté par l’Observatoire des Sciences de l’Univers (OSU) Institut Pythéas (CNRS, IRD, AMU). En s’appuyant sur les équipes scientifiques de l’Institut Pythéas, l’objectif de « Le saviez-vous ? » est de rendre certaines facettes de la science encore plus accessibles en présentant les moyens et les techniques employés, mais aussi les enjeux des recherches et les défis à relever pour faire évoluer la connaissance. « Le saviez-vous ? » repose donc sur une collaboration entre des spécialistes de la communication et de la diffusion des connaissances, des professionnels de la vidéo et les scientifiques de l’ensemble des laboratoires de recherche associés au projet. Le principe général est simple : Un(e) comédien(e) âgé(e) d’une vingtaine d’années se tient face à la caméra dans un décor représentant sa chambre. Il pose une question et y répond. Il interagit avec son chat en peluche « Schrödinger ». En gros, c’est tout à fait comme s’il répétait son exposé devant la caméra avec son chat pour public. Ce principe de mise en scène nous permettra d’être à la fois précis et léger et d’aborder ainsi des notions parfois complexes avec simplicité (et parfois même un peu d’humour !). Tous les mois, nous diffusons sur la toile un nouvel épisode de « Le saviez-vous ? » en partenariat avec le magazine « Science & Vie Junior », premier des magazines jeunesse dédiés à la science. Ainsi, les lecteurs du magazine et les internautes peuvent retrouver chaque mois Capucine ou Gaétan, nos deux comédiens, dans un nouveau clip présentant la science tout simplement !

 

  • Pour son lancement « Le saviez-vous ? » fait honneur à la lumière

2015 ayant été proclamée « Année internationale de la lumière », « Le saviez-vous ? » lui consacre ses sept premiers clips :

  • Qu’est- ce que la lumière ?
  • Les rayons Gamma
  • Les UV
  • Les rayons X
  • La lumière visible
  • Les Infrarouges
  • Les micro-ondes Une série de clips qui permet de découvrir les propriétés de la lumière par grands domaines de longueur d’onde.

 

  • La lumière et après…

Plusieurs autres clips sont déjà en attente de diffusion ou en préparation. Une série sur le changement climatique est en cours de réalisation en collaboration avec le Labex OT-Med. Des clips sur l’acidification des océans, sur la biodiversité attendent leur tour pour être diffusés… tout comme ceux sur la matière noire, le changement du champ magnétique terrestre… « Le saviez-vous ? » au-delà des grandes questions au cœur de l’actualité traitera bien plus largement des sciences de l’univers dans toutes leurs diversités. Retrouvez « Le saviez-vous ? » sur Youtube.

Des caméras sous-marines pour estimer la répartition mondiale du zooplancton

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Pour la première fois, dans le cadre d’une collaboration internationale, une équipe de recherche du Laboratoire d’Océanographie de Villefranche sur Mer (LOV, Sorbonne Université/CNRS) a rassemblé un immense jeu de données sur le zooplancton acquis par des caméras sous-marines à l’échelle globale. Son analyse1 a permis de modéliser la composition et la biomasse océanique du zooplancton. Les estimations montrent des valeurs de biomasse maximales dans les zones productives équatoriales, tempérées et polaires, ainsi que des valeurs minimales au niveau des déserts océaniques. Les résultats de cette étude ont été publiés dans Frontiers of Marine Science le 9 août 2022.

Voir en ligne : L’annonce sur le site du CNRS

Le changement climatique pourrait favoriser le développement du plancton de petite taille en Méditerranée Nord-Occidentale

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Une équipe constituée de chercheurs du Laboratoire d’études en géophysique et océanographie spatiales (LEGOS/OMP, UPS / CNRS / CNES / IRD), du Laboratoire d’aérologie (LA/OMP, UPS / CNRS), de l’Institut méditerranéen d’océanographie (MIO/PYTHÉAS, CNRS / Université du Sud – Toulon – Var / IRD / Université Aix-Marseille) et du Groupe d’étude de l’atmosphère météorologique (CNRM-GAME, Météo-France / CNRS) a examiné, par modélisation à l’aide d’un modèle couplé hydrodynamique – biogéochimie, la réponse de l’écosystème planctonique de Méditerranée Nord-Occidentale à l’évolution des conditions atmosphériques et hydrodynamiques d’ici la fin du XXIe siècle. La contribution de cet écosystème au stockage du carbone ne montrerait pas de changement significatif. En revanche, le réchauffement et l’appauvrissement en sels nutritifs de la couche de surface favoriseraient le développement du plancton de petite taille. Il ressort également que le choix des conditions biogéochimiques initiales et aux frontières imposées au modèle couplé induit de fortes incertitudes.

La Méditerranée a été identifiée comme l’un des « points chauds » du changement climatique car compte tenu de sa petite taille, les impacts des variations climatiques sur la circulation océanique et les écosystèmes marins se ressentent rapidement sur l’ensemble du bassin. En Méditerranée Nord-Occidentale, l’une des zones biologiquement les plus productives de Méditerranée, la convection profonde est l’un des mécanismes hydrodynamiques clefs :

  • en hiver, les épisodes de vent du nord (Mistral et Tramontane) y provoquent un refroidissement, et donc une densification, des eaux de surface, induisant un fort mélange vertical de la colonne d’eau qui permet d’apporter à la surface les sels nutritifs initialement présents dans les couches profondes de l’océan ;
  • au printemps, le mélange cesse et la chlorophylle peut de nouveau se développer par photosynthèse dans la couche de surface enrichie en nutritifs et stabilisée ; c’est le « bloom » phytoplanctonique.

Or la plupart des études de modélisation prévoient un affaiblissement du mélange vertical hivernal et un réchauffement de la couche de surface d’ici la fin du XXIe siècle en Méditerranée. Quel impact cette évolution aura-t-elle sur l’écosystème planctonique ? Cette question est importante car le plancton joue un rôle majeur dans la biodiversité et les ressources halieutiques locales, en tant que premier maillon de la chaine alimentaire marine, ainsi que dans le climat global via sa contribution à la séquestration océanique du carbone.

Cycle annuel de la concentration en carbone (mmolC.m-3) des groupes planctoniques de petite taille (pico-phytoplancton, nano-zooplancton et bactéries) et du carbone organique dissous (COD). L’enveloppe bleue (rouge) représente le groupe des 7 années de la période 1961-1990 (respectivement 2070-2099). Le cadre au-dessus des courbes donne la valeur de la p-value : si celle-ci est inférieure à 0,05 (zones grisées), la différence entre les périodes future et présente est significative. Pour comprendre la réponse de l’écosystème planctonique de Méditerranée Nord-Occidentale aux variabilités atmosphérique et hydrodynamique à plus ou moins long terme, des chercheurs du LEGOS, du LA, du MIO et du GAME ont réalisé deux jeux de sept simulations annuelles représentatives respectivement des périodes 1961-1990 et 2070-2099 au moyen d’un modèle numérique couplé hydrodynamique (SYMPHONIE) – biogéochimie (Eco3M).

De ces simulations, il ressort que l’affaiblissement du mélange vertical entre le XXe et la fin du XXIe siècle conduirait à une diminution de la disponibilité en sels nutritifs et qu’en parallèle, le réchauffement de la couche de surface provoquerait une augmentation de la production primaire brute (qui dépend de la température), c’est-à-dire de la fixation de carbone par photosynthèse chlorophyllienne. Cette combinaison de l’appauvrissement nutritif et de l’augmentation de la production primaire donnerait lieu à une augmentation de l’exsudation phytoplanctonique, un processus permettant aux organismes phytoplanctoniques de se « débarrasser » de leur trop-plein de carbone, par rapport aux autres éléments chimiques (azote, phosphore, silicium), sous forme de carbone organique dissous (COD) (perte de biomasse). La forte augmentation de concentration en COD qui en découlerait favoriserait alors le développement de bactéries 1 consommatrices de COD et productrices d’ammonium, et conduirait ainsi à une augmentation de la biomasse du pico-phytoplancton (le plus petit groupe de phytoplancton qui consomme préférentiellement de l’ammonium) et du nano-zooplancton (le plus petit groupe de zooplancton qui consomme bactéries et pico-phytoplancton). Au final, seuls les groupes planctoniques de petite taille (pico-phytoplancton, nano-zooplancton et bactéries) subiraient une augmentation significative de leur biomasse entre le XXe et la fin du XXIe siècle, une évolution qui induirait une modification de la composition de l’écosystème planctonique mais pas d’augmentation de la biomasse globale, la biomasse des groupes de petite taille ne représentant qu’une faible fraction de la biomasse totale. En outre, la contribution de cet écosystème au cycle du carbone ne subirait pas de changement significatif entre les périodes présente et future. En effet, les simulations montrent :

  • que l’augmentation du rejet de dioxyde de carbone, en grande partie lié à la respiration bactérienne, compense presque exactement celle de la fixation liée à la production primaire, et que donc la fixation nette de dioxyde de carbone par l’écosystème reste inchangée ;
  • que l’affaiblissement du transport vertical des masses d’eau est compensé par l’augmentation de leur concentration en COD, et que donc l’export en profondeur de carbone organique ne varie pas de façon significative.

Les chercheurs ont également effectué des exercices de sensibilité pour évaluer l’influence des différentes sources d’incertitudes associées à la stratégie de modélisation mise en œuvre. Les incertitudes associées au choix des conditions biogéochimiques initiales et aux frontières sont très élevées : elles peuvent atteindre 70 % et sont donc du même ordre ou d’un ordre de grandeur supérieur à celles associées à la variabilité interannuelle et à l’évolution à long terme de l’écosystème. Quant aux incertitudes liées au choix du forçage atmosphérique de surface [flux de chaleur, d’eau (évaporation et précipitation) et de quantité de mouvement (vent)], du forçage hydrologique et du scénario socio-économique, elles restent inférieures à 7 %, tandis que celle liée au forçage hydrodynamique peut aller jusqu’à 30 %, les évolutions simulées entre présent et futur allant toujours dans le même sens quel que soit le forçage considéré.

1. Ces bactéries, qui font partie du groupe planctonique de petite taille, consomment une fraction importante de la matière organique dissoute. Inversement, elles rejettent des sels nutritifs inorganiques (ammonium, phosphates…) au cours d’un mécanisme dit d’excrétion, ainsi que du CO2 au cours de la respiration bactérienne. L’ensemble de ces processus est appelé boucle microbienne.