Un changement progressif de la teneur en isotope 13 du carbone dans les muscles des thons révèle un changement de l'écosystème des océans tropicaux. Faute d'observations pertinentes, on n'en connaît pas les modalités.

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Nous sommes plusieurs milliards capables d'observer la flore et la faune autour de nous, et d'en constater les changements. Mais en mer, les navigateurs ne voient que le bleu de l'eau, plus ou moins teinté de vert. Verraient ils sous la surface le phytoplancton et le zooplancton, avec leur multitudes d'espèces, que leurs observations n'auraient qu'un caractère éphémère, les masses d'eau étant sans cesse renouvelées par les courants et la turbulence. Par conséquent, la vie marine est très peu observée, et il n'est généralement pas possible d'en détecter les variations, en particulier celles, probables, dues au changement climatique en cours. Un article récent qui tente d'expliquer une évolution de la composition isotopique des muscles des thons illustre bien ce manque d'observations.

 Les variations climatiques affectent les océans et l'on en connaît  les effets physicochimiques à toutes les échelles de temps. Les effets du changement climatique en cours du fait des activités humaines ont été examinés par le Groupe International pour l’Etude du climat (GIEC) dans son rapport de 2019 consacré aux océans et à la cryosphère(1). La vie marine pourrait subir des conséquences néfastes à cause du réchauffement, des modifications des courants et des mélanges, et de l'acidification due à la pénétration du gaz carbonique issu de l'activité humaine. Cependant, très peu d'observations viennent à l'appui de ces craintes, et pour cause : si l'observation de la Terre a fait d'énormes progrès grâce aux satellites, les mesures ainsi collectées ne concernent presque exclusivement que des paramètres physiques et chimiques de l'environnement marin. Ainsi, la seule mesure par télédétection d'intérêt biologique pour l'océan est celle de la couleur de la mer, qu'on utilise pour calculer la concentration en chlorophylle, et pour estimer de façon permanente la photosynthèse marine. Mais il s'agit là d'une donnée qui concerne le phytoplancton toutes espèces confondues, et qui ne permet pas de détecter les éventuels changements qui seraient induits par le changement climatique dans les proportions des algues qui le composent. Au contraire, après plusieurs dizaines d'années de télédétection de la concentration en chlorophylle dans les océans, d'éventuelles tendances à l'augmentation ou à la diminution de ces concentrations à l'échelle des grands bassins océaniques restent incertaines(2). Le zooplancton, ainsi que les aspects qualitatifs, inventaires des espèces végétales et animales, qui caractérisent l'écosystème océanique ne peuvent être observés que depuis des navires, et sont donc encore plus mal connus.

Un article publié récemment illustre bien ce manque d'observations systématiques de la vie océanique(3). Ses auteurs tentent d'expliquer un changement régulier et progressif de la teneur en isotope 13 du carbone dans la chair des thons tropicaux. Cet isotope est stable et représente de l'ordre de 1 % du carbone sur Terre, que ce soit sous forme de gaz carbonique, de carbonates, ou de carbone organique. Cependant, les molécules de gaz carbonique qui contiennent l'isotope 13 sont plus lourdes que celles avec l'isotope 12, et lors du processus de photosynthèse au cours duquel le gaz carbonique est absorbé par les végétaux et les algues, elles sont moins réactives de telle sorte que la matière végétale ainsi produite est moins riche en isotope 13 que le milieu environnant. Cette « discrimination isotopique » marque tous les gisements de charbon et d'hydrocarbures qui sont le résultat de la photosynthèse des ères géologiques passées. En brûlant ce carbone fossile pour nos besoins en énergie, nous réintroduisons donc dans l'atmosphère du gaz carbonique moins riche en carbone 13 par rapport à ce qu'il était avant l'ère préindustrielle. Cette anomalie due à l'action de l'homme pénètre peu à peu le monde vivant, et en particulier, les muscles des thons tropicaux. On la désigne par « effet Suess » du nom de son découvreur. La façon dont l'anomalie de carbone 13 pénètre le monde vivant est complexe. Les différentes espèces d'algues du phytoplancton n'ont pas la même efficacité pour effectuer cette discrimination. Elles sont ensuite broutées par du zooplancton herbivore, lui même consommé ensuite par des carnivores (les spécialistes qualifient ces étapes de réseaux trophiques), avec, pour chaque niveau trophique franchi, un renforcement de l'anomalie. On admet que les thons occupent le quatrième niveau trophique, mais leur régime alimentaire s’accommode aussi bien de proies du 2ème ou du 4éme niveaux. Bien comprendre cette pénétration est donc une gageure, mais cette tentative s'appuie sur trois points forts :

  • premièrement, les mesures de la concentration en isotope 13 par rapport à l'isotope 12 du carbone sont extrêmement précises.
  • deuxièmement, les thons tropicaux croissent pendant plusieurs années dans des espaces océaniques très vastes et leur composition est une résultante de ces espaces.
  • troisièmement, en s'appuyant sur près de 4500 prélèvements entre 2000 et 2015 sur des thons de plusieurs espèces provenant des trois océans tropicaux, les auteurs peuvent légitimement aborder la question de l'impact du changement climatique sur les écosystèmes marins.

D'après ces données, pendant la période observée, l'anomalie de carbone 13 s'est creusée davantage que le seul « effet Suess » ne permet de l'expliquer. Ce résultat implique des changements dans l'écosystème, très probablement dus au changement climatique. Les observations disponibles sur la vie marine qui permettraient d'étayer cette conclusion sont hélas pratiquement inexistantes.

Ce manque de données sur la vie océanique a au moins deux explications. D'une part, la présence et l'abondance des espèces marines échappe aux mesures physiques basées sur des capteurs de conductivité, de température etc... Seuls les échos des sondeurs acoustiques apportent quelques renseignements mais ceux ci ne donnent accès qu'à la taille moyenne des cibles et à leur nombre, sans qu'on puisse identifier les espèces présentes. D'autre part, les espèces marines sont très nombreuses, chaque groupe étant souvent l'affaire d'un spécialiste, et les moyens de capture afin de les observer vont de la bouteille à prélèvements au chalut pélagique en passant par toutes sortes de filets à plancton doté de mailles adaptées. Les grandes campagnes océanographiques exploratoires telles celle du Challenger réunissaient ces moyens, mais elles ont donné une image de l'océan mondial à une époque, alors que pour suivre les conséquences du changement climatique sur la vie marine, on aurait besoin de répéter les observation sur une base au moins saisonnière, ce qui demanderait des budgets de recherche trop élevés.

Une surveillance de l'évolution des peuplements marins est elle définitivement hors de portée ? Confrontés à une difficulté analogue au début du vingtième siècle, les services météorologiques n'ont pas attendu les satellites d'observation. Ils ont mis sur pied une collecte de données basée sur la collaboration des équipages des navires de commerce dont les lignes couvrent une grande partie de l'océan mondial. Ceci a permis de recueillir en permanence des observations de température, de vent, de pression, et de nuages, utilisées pour les prévisions météorologiques. Des biologistes marins ont aussi eu recours à l'aide de navires de commerce. L'expérience la plus fameuse, qui a débuté vers 1930 est celle du Continuous Plankton Recorder. Elle se poursuit encore actuellement, mais couvre essentiellement l'Atlantique nord, et implique un dépouillement des données très laborieux. 

Moins ambitieuses que celles du Challenger, de grandes traversées à travers les océans ont été réalisées par le voilier Tara . Elles ont donné lieu à quelques observations de biologie marine. Ces traversées ne seront pas répétées et ne permettent donc pas d'appréhender le rôle du climat sur la vie marine. Mais elles ont été l'occasion de mettre en œuvre des observations du génome global des écosystèmes rencontrés  (c'est à dire l'ensemble des gènes des échantillons récoltés, toutes espèces confondues), que les progrès de la génétique rendent maintenant possibles. Les premiers résultats des expéditions Tara montrent bien les différences entre les écosystèmes d'un bassin océanique à un autre, et sont en accord avec les connaissances existantes. Observer en routine ces génomes présents dans les masses d'eau permettrait d'en détecter les modifications alors que le changement climatique se met en place. Les prélèvements pour ce type d'observations peuvent être réalisés par une seule personne, et conservés au froid. Leur analyse est très automatisée et les résultats peuvent être obtenus rapidement. Ils serait donc possible de les mettre en œuvre à bord de navires de commerce. La présence sur ces navires d'un observateur scientifique, dans le cadre d'un accord avec les compagnies maritimes, permettrait aussi de réaliser en routine d'autres mesures d'intérêt biogéochimique pour lesquelles il n'existe pas encore de capteurs automatiques. Une surveillance de l'évolution des peuplements marins est donc possible.

IPCC, 2019: Summary for Policymakers. In: IPCC Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate [H.-O. Pörtner, D.C. Roberts, V. Masson-Delmotte, P. Zhai, M. Tignor, E. Poloczanska, K. Mintenbeck, M. Nicolai, A. Okem, J. Petzold, B. Rama, N. Weyer (eds.)].

Gregg W. W., Rousseaux C. S., Franz B. A., 2017 : Global Trends in Ocean Phytoplankton : A New Assessment Using Revised Ocean Colour Data. Remote Sensing Letters, 8(12):1102-1111.

Lorrain A, Pethybridge H, Cassar N,et al. Trends in tuna carbon isotopes suggest global changes in pelagic phytoplankton communities. Glob Change Biol. 2019;00:1–13. https ://doi.org/10.1111/gcb.14858