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Les océans jouent un rôle essentiel dans le bilan mondial du dioxyde de carbone. En effet, des milliards d'algues minuscules y vivent, absorbant le dioxyde de carbone par photosynthèse et l'incorporant à leur biomasse. Lorsque ces algues meurent, elles s'écoulent - avec les excrétions des créatures microscopiques qui s'en nourrissent – sous forme de «neige marine» dans les zones plus profondes. Environ 1 % de leur dioxyde de carbone reste alors enfoui dans les fonds marins pendant des milliers d'années.
Un léger filet de neige
Parce que cette pluie constante de flocons marins transporte du carbone dans les profondeurs de l'océan, les expertes et experts l'appellent la pompe biologique. Elle est alimentée par deux processus opposés : l'enfoncement des flocons organiques et leur dégradation par les bactéries. Les flocons qui coulent augmentent le flux de carbone vers les profondeurs, tandis que les bactéries diminuent ce flux en éliminant le carbone des particules. Les modèles océaniques actuels supposent que la vitesse d'enfoncement et la vitesse de dégradation sont indépendantes l'une de l'autre. «Mais nous venons de montrer que les processus de dégradation sont renforcés par l'enfoncement», explique Uria Alcolombri, de l'Institut d'ingénierie environnementale de l'ETH Zurich.
Uria Alcolombri est le premier auteur d'une étude du groupe de recherche de Roman Stocker qui vient d'être publiée dans Nature Geoscience. Pour leurs investigations, les scientifiques ont utilisé une méthode astucieuse : au lieu de suivre les particules qui coulent dans la mer, ils ont placé des particules d'alginate individuelles de taille millimétrique dans une chambre microfluidique, puis ont pompé de l'eau de mer artificielle à travers celle-ci. «Dans nos expériences, la neige marine ne s'est pas déplacée dans la mer ; c'est plutôt la mer qui a entouré la neige marine. Mais la vitesse relative est la même», explique Uria Alcolombri.
Éliminer les sous-produits
Les scientifiques ont colonisé les particules d'alginate avec des bactéries génétiquement modifiées qui brillent en vert. Celles-ci ont dégradé les particules beaucoup plus rapidement lorsque de l'eau coulait dans la chambre ; la dégradation prend environ dix fois plus de temps dans de l'eau stagnante. Cela s'explique par le fait que l'eau qui coule emporte les produits de dégradation, ce qui permet aux enzymes de la bactérie de travailler directement sur les particules, sans avoir à passer du temps à décomposer des molécules qui se sont déjà séparées.
En s'appuyant sur ces observations, Uria Alcolombri et son collègue François Peaudecerf ont conçu un nouveau modèle de la pompe à carbone biologique qui prend en compte l'influence de l'enfoncement sur la dégradation des flocons de neige marins. Les calculs du modèle suggèrent deux choses : premièrement, que l'augmentation de la dégradation des particules due à l'enfoncement réduit par deux l'efficacité théorique du transport de la pompe à carbone. Et deuxièmement, qu'une grande partie des algues mortes est décomposée dans les couches supérieures de l'océan, ce qui correspond aux mesures du flux réel de carbone dans la mer.
De petites choses, un impact énorme
Les recherches de l'équipe n'avaient pas pour but d'augmenter les performances de la pompe à carbone biologique : «Nous sommes intéressés par la compréhension fondamentale des processus naturels ; nous voulions savoir comment la pompe biologique fonctionne, explique Alcolombri, car c'est essentiel si nous voulons prédire avec plus de précision comment nos océans réagiront au changement climatique.»
Il s'est avéré que le taux de dégradation de la neige marine – et indirectement, la teneur globale en dioxyde de carbone dans l'atmosphère - est déterminé par la dynamique du transport microscopique. Ce qui montre, une fois de plus, que même les plus petites choses de l'environnement ont une incidence sur le tableau d'ensemble.