En profondeur dans l’océan, les zones dépourvues d’oxygène s’étendent. L’oxydation des particules organiques produites en surface et qui sédimentent se fait alors aux dépens de l’oxygène des nitrates, produisant des nitrites.
Connaître la distribution des nitrites aiderait à comprendre la dynamique de ces zones de minimum d’oxygène, mais jusqu’à présent, on ne disposait que de trop peu de données pertinentes. Ceci pourrait changer grâce à une nouvelle méthode qui permet de décoder la vaste archive inexploitée de l’armada de flotteurs instrumentés BGC Argo qui, depuis 2010, parcourent les océans entre 2000 m de profondeur et la surface.
Dans l’océan, des zones déficientes en oxygène s’étendent
Du soleil et des nitrates en mer, et la vie marine s’épanouit en surface, là où il y a de la lumière. Ceci se poursuit jusqu’à épuisement de ces nitrates, source d’azote indispensable pour la croissance du phytoplancton qui les incorpore dans la matière vivante sous diverses formes d’azote organique. Puis, la matière vivante qui a été produite sédimente vers la profondeur, où elle est dégradée par l’activité des bactéries aérobies (c’est à dire, qui utilisent l’oxygène dissous), restituant ainsi les nitrates en profondeur. Pour cela, l’oxygène doit être en quantité suffisante dans l’eau profonde, et c’est généralement le cas. Mais dans certaines régions où l’océan est très productif (Courant de Humboldt au large du Chili, Courant de Californie, Dôme de Costa Rica, Courant de Benguela à l’ouest de l’Afrique du Sud, Courant des Canaries, Mer d’Arabie, Golfe du Bengale) la quantité de matière organique produite est telle qu’il n’y a pas assez d’oxygène dissous dans l’océan pour soutenir jusqu’au bout l’activité bactérienne. Ce sont alors des bactéries anaérobies qui interviennent, et ce sont les ions nitrate qui fournissent l’oxygène indispensable (voir figure 1). Ceux ci ont pour formule chimique NO3-, soit trois atomes d’oxygène pour un atome d’azote. La perte d’oxygène conduit, après diverses réactions chimiques, à la formation de nitrite (NO2-), puis de protoxyde d’azote N2O (*), et d’azote N2. La fuite de ces deux derniers gaz vers l’atmosphère équivaut à une perte de nitrates pour l’océan, soit, à très long terme, aux échelles de temps géologiques, une baisse de son aptitude à héberger la vie(**). La présence de nitrites en profondeur dans l’eau de mer indique que ces processus de recyclage de la matière organique s’exercent dans un contexte de pénurie en oxygène.
Figure 1 : schéma du cycle de l’azote dans les zones pourvues d’oxygène (à gauche) et celles déficientes en oxygène (à droite). Les premières ne perdent pas de nitrate, qui est entièrement recyclé, tandis que les secondes ne le recyclent pas, produisent des nitrites, et émettent de l’azote dans l’atmosphère.
On manque de données pour comprendre comment ces zones s’étendent
On observe actuellement que les zones déficientes en oxygène s’étendent, et ceci a des impacts sur les écosystèmes marins puisque la plupart des animaux ne peuvent pas vivre sans oxygène. Le réseau global de bouées automatiques BGC Argo (voir figure 2) munies de capteurs biogéochimiques est un outil approprié pour l’étude de la dynamique de ces zones. Ces capteurs mesurent la teneur en nitrate et celle en oxygène de l’eau de mer, mais ces deux paramètres aident peu à comprendre comment fonctionnent ces zones. Les nitrates en effet y sont en concentration élevée, supérieure à 15 µg kg-1, alors que leur diminution pour fournir l’oxygène indispensable à la reminéralisation de la matière organique est du même ordre de grandeur que l’imprécision de la mesure. Quant à l’oxygène, s'agissant des zones appauvries en cet élément que l'on considère ici, sa concentration y est nulle. L’état nitrite est un marqueur de cette reminéralisation en absence d'oxygène, et connaître sa distribution et son évolution aiderait à mieux comprendre le fonctionnement et le devenir des zones déficientes en oxygène de l’océan. Les données de concentration en nitrite dans l’océan ont jusqu’à présent été trop peu nombreuses et mal réparties pour cet objectif. Alors que le dosage des nitrates était une priorité pour une océanographie tournée vers la pêche, les nitrites n’avaient pas d’autre intérêt que d’y apporter une correction. En effet, pour doser les nitrates, on procède en deux temps : 1) la mesure des nitrites par une réaction colorée, et 2) la mesure des nitrites + nitrates par la même réaction, après réduction des nitrates en nitrites, cette réduction étant réalisée en faisant passer le prélèvement d’eau de mer sur une colonne de poudre de cadmium (***). C’est donc une technique de mesure qui nécessite la présence d’un opérateur, et qui se prête très mal à l’automatisation complète. Lorsque le vaste programme de déploiement de bouées automatiques BGC Argo, équipées de capteurs biogéochimiques, a été lancé en 2011, la mesure de la concentration en nitrates y a été intégrée, basée sur la mesure au spectrophotomètre d’un pic d’absorption du rayonnement ultra violet pour une longueur d’onde de 210 nanomètres, spécifique des nitrates. Ces bouées effectuent des mesures entre 2000 m de profondeur et la surface de l’océan et transmettent les résultats par satellite. Ainsi a pu être constituée une base globale de spectres d’absorption du rayonnement ultra-violet, et de concentration en nitrates ; mais de nitrites, il n’était pas question.
Figure 2 : Répartition des bouées BGC Argo en mars 2026 dans le Pacifique tropical est et l’Atlantique tropical. La plupart de ces bouées sont équipées de capteurs d’oxygène et de nitrates et, tout en dérivant en profondeur avec le courant, effectuent périodiquement des mesures jusqu’en surface lorsqu’elles remontent pour transmettre leurs mesures par satellite. Les chiffres entre parenthèses indiquent le nombre de bouées actives dans l’océan global. (d’après https://biogeochemical-argo.org/float-map-network-status-maps.php)
Les spectres d’absorption du rayonnement ultra violet dans l’eau de mer portent la trace des nitrites
Or, des chercheurs ont examiné ces spectres d’absorption, afin d’y détecter la trace d’éventuels autres composés chimiques. Les spectres collectés par le réseau BGC Argo ne sont pas de purs spectres dus uniquement aux nitrates, mais présentent une variabilité qui n’avait été considérée que comme du bruit jusqu’à présent. Ces chercheurs se sont efforcés de décoder ce bruit, et ils y sont parvenus, en utilisant une méthode statistique. Grâce à ce traitement amélioré des spectres d’absorption, ils ont pu y isoler la signature de plusieurs molécules, dont les nitrites, de celle, dominante, des nitrates. Ainsi, soudainement, sans financement d’un nouveau programme d’observations, tout un pan de l’environnement chimique des zones pauvres en oxygène depuis 2011 a été révélé (voir figure 3).
Figure 3 : enregistrement de mars 2012 à janvier 2016 d’un flotteur BCG Argo dans le Dôme de Costa Rica(entre 15 et 17 °N, et 122 à 126 °O) entre 800 m et la surface de mars 2012 à janvier 2016 : en haut, concentration en nitrite avec, en trait gras, la limite des eaux où la concentration en oxygène est inférieure à 1 μmol kg−1, et en bas, la concentration en oxygène. Source : https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2024GB008473)
Cela permet un regard nouveau sur des questions auxquelles les réponses ont jusqu’à présent été incertaines. Les zones déficientes en oxygène hébergent des écosystèmes particuliers, qui sont évités par les poissons, et plus généralement, par la faune aquatique. Elles produisent de l’azote, et aussi du protoxyde d’azote, un gaz à effet de serre émis vers l’atmosphère, majoritairement par les zones humides et par l’usage d’engrais agricoles, mais dont la source océanique n’est pas connue avec précision. Ceci s’exerce aux dépens du stock global de nitrates qui fait la fertilité des océans.
Un réseau d’observations destiné à durer doit apporter les résultats promis, et, si tout se passe bien, des résultats espérés. espérés Voir s’ouvrir une mine d’informations inattendues, restées jusqu’à présent inexploitée est une grande satisfaction scientifique, qui montre à quel point il est utile de conserver des observations, même si elles n’ont pas d’usage immédiat. Cet enseignement est particulièrement utile alors que le financement du réseau BCG Argo est de plus en plus difficile à obtenir : c’est un encouragement à le maintenir et à le développer.
(*) le protoxyde d’azote est un gaz à effet de serre, connu aussi sous l’appellation de « gaz hilarant », 298 fois plus puissant que le gaz carbonique sur 100 ans, mais heureusement très peu abondant, et responsable seulement de 5 % environ de l’effet de serre naturel.
(**) L’origine grecque du mot « azote » signifie impropre à la vie. Ce n’est pas le cas du composé azoté « nitrate » qui, lui, est indispensable à la croissance des végétaux et aux chaînes alimentaires qui en découlent. Le passage de l’état de nitrates à celui d’azote dans les zones déficientes en oxygène de l’océan constitue donc un appauvrissement de l’océan dans sa capacité à héberger la vie. Un processus opposé, la diazotrophie, existe, notamment dans des zones dont le contenu en nitrates a totalement été épuisé par la photosynthèse. Là, des cyanobactéries du genre Trichodesmium disposent d’un potentiel génétique qui leur permet d’utiliser l’azote N2 présent dans l’eau sous forme de gaz dissout pour leur croissance. Lorsque ces Trichodesmium meurent, l’azote organique qu’ils ont ainsi élaboré à partir d’azote atmosphérique est reminéralisé sous forme de nitrate. La diazotrophie compense-t-elle la perte d’azote dans les zones déficientes en oxygène ? Ces processus lents sont très difficiles à quantifer.
(***) En 1970, lorsque le navire océanographique Capricorne a été attribué aux océanographes de l’IRD (alors dénommé ORSTOM), ceux ci ont étoffé leur laboratoire de chimie océanographique d’un poste de dosage des nitrites et nitrates. C’était à Abidjan, et la poudre de cadmium y a été produite « à la main », avec une râpe, à partir de barres de cadmium. Bruno Voituriez, président du Club des Argonautes de 2003 à 2020, y était à la manœuvre !