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Isabelle Baconnais, membre du groupe de recherche BOAT (Laboratory for Biological Oceanography Across Time, Institut des sciences de la Terre – ISTE), a mené en octobre 2022 une expédition maritime au large de Vancouver.
Elle y a récolté divers échantillons d’eau de mer et de particules en suspension afin de mesurer leur teneur en chrome. Son objectif est de déterminer si cet élément pourrait fonctionner comme un traceur de l’activité des pompes biologiques marines, qui ont un rôle important dans le cycle du carbone océanique.
Ces pompes permettent en effet de transformer et déplacer le CO2 dissous des eaux de surface au fond des océans, aidant ainsi à la régulation du climat de la planète. Une quantification plus précise de la capacité des pompes biologiques à transporter le CO2 dans les eaux profondes permettrait de mieux prédire leur rôle dans la régulation du changement climatique.
Les océans couvrent plus de 70% de la surface de la Terre. Ils influencent considérablement le climat, notamment via l’absorption du gaz carbonique atmosphérique (CO2), l’un des principaux gaz à effet de serre. Les microorganismes photosynthétiques (phytoplanctons) situés dans les eaux de surface utilisent le CO2 dissous dans l’eau pour le transformer en carbone organique, à l’instar des plantes terrestres. Le phytoplancton est ensuite ingéré par d’autres organismes, et une partie de ce carbone organique « coule » au fond de l’océan avec les excréments ou les cadavres. Les procédés biologiques participant à la séquestration du carbone dans les océans sont décrits sous le nom de pompe à carbone biologique (biological carbon pump, BCP). Cette pompe est essentielle à l’équilibre climatique. Depuis le début de l’ère industrielle, elle a déjà permis d’absorber environ un tiers des émissions de CO2 liées à la combustion d’énergies fossiles.
Plusieurs équipes scientifiques essaient d’évaluer dans quelle mesure l’activité de ces BCP est, ou pourrait être, impactée par le changement climatique et inversement. Les modélisations sont difficiles à réaliser car elles sont liées à de nombreuses incertitudes (changement de la circulation des masses d’eau ou des apports de nutriments vers l’Océan par exemple). L’utilisation du carbone même comme traceur de la BCP est limitée par sa présence en forte concentration dans les océans, et par son utilisation dans divers processus physiques et biologiques (photosynthèse, respiration, dissolution etc.) qui ne permettent pas de distinguer et quantifier facilement les processus spécifiquement liés à la BCP.
Un intérêt s’est récemment porté sur le chrome et sa relation avec le transport du carbone vers les eaux profondes dans les océans. Cependant, on ne dispose actuellement d’aucune mesure directe du chrome dans les particules marines pour confirmer cette dernière connexion (voir encadré). Isabelle Baconnais mène une recherche afin de combler cette lacune.
La chercheuse nous décrit ci-dessous son expédition au large de Vancouver pour récolter des échantillons d’eau de mer et de particules en suspension (photos de Maxime Curchod).
Un automne à Vancouver
En octobre 2022, nous sommes montés à bord des aéroglisseurs SIYAY et MOYTEL de la Garde côtière canadienne, pour six jours passionnants dans le détroit de Georgia et Saanich Inlet, dans le Pacifique Est canadien. Le détroit de Georgia est un environnement dynamique qui sépare la ville de Vancouver de la pittoresque île du même nom. Saanich Inlet est un fjord partiellement anoxique (avec peu d’oxygène dissous dans l’eau) de l’île de Vancouver.
Le site de Vancouver offrait l’opportunité de collaborer avec des scientifiques de l’Université de Colombie Britannique (UBC). Le laboratoire du professeur Roger François a notamment fourni les pompes utilisées pour la récolte des particules en suspension. Son équipe (soit Maureen Soon) a également facilité le contact avec les gardes côtes pour l’organisation des sorties en mer. Le matériel et l’expérience mis à disposition sur place ont grandement contribué à la réussite de cette phase d’échantillonnage.
Chaque matin, nous arrivons à la base des garde-côtes pour trouver l’aéroglisseur massif qui nous attend sur l’asphalte. Une fois que les gardes et les scientifiques ont fini de charger leur équipement respectif, l’aéroglisseur se gonfle et se retrouve sur l’eau en un clin d’œil. Il se déplace si rapidement et le courant d’air est tel qu’il nous est interdit de sortir de la cabine durant le trajet, de peur que nous soyons emportés par-dessus bord. En contrepartie, nous arrivons rapidement sur notre site d’études et commençons à échantillonner dans la fraîcheur matinale d’automne de la côte ouest canadienne. Nous avons été particulièrement chanceux concernant la météo, puisqu’il a fait beau durant pratiquement tout le séjour.
Travailler avec les garde-côtes signifie que les missions de secours ont la préséance sur l’échantillonnage. En cas d’appel d’urgence, tout l’équipement d’échantillonnage doit être ramené à bord et sécurisé afin de partir au plus vite. Ceci ne s’est heureusement produit qu’une fois durant toute la campagne de récolte, et dans ce cas précis, nous avons pu nous remettre à l’échantillonnage rapidement.
Échantillonnage en pleine mer
Sous le regard curieux des saumons, des baleines et des otaries, nous procédons au prélèvement d’échantillons : nous immergeons les pompes d’une trentaine de kilos chacune à des profondeurs préalablement définies, au travers desquelles passent des centaines de litres d’eau de mer dont les particules en suspension sont récupérées sur des filtres. Nous récoltons également de l’eau de mer dans des bouteilles de 20 litres spécialement conçues pour l’échantillonnage de métaux sensibles aux contaminations, que nous appelons des bouteilles Go-Flo. Nous répartissons l’eau dans des flacons spécifiques qui serviront à différentes analyses (salinité et oxygène de l’eau, concentration de cadmium, concentration de chrome dissous, concentration en carbone organique particulaire).
Le temps exceptionnellement chaud du début de l’automne 2022 a entraîné une activité biologique élevée. Les filtres récupérés dans les eaux de surface en ont témoigné, avec leur couleur beige à verdâtre, et leur odeur de sushi. L’échantillonnage le plus remarquable a eu lieu dans les eaux profondes de Saanich Inlet, où le manque d’oxygène pouvait être détecté directement à partir de la forte odeur d’œuf pourri dégagée par l’eau récoltée, caractéristique de la production de sulfure d’hydrogène H2S en milieux anoxiques.
Pourquoi cet intérêt pour le chrome ?
Le chrome est un élément qui se trouve en trace dans l’eau de mer, dans des concentrations de l’ordre de 0.0000001 g par litre d’eau de mer Sa concentration et son isotopie varient en fonction de sa répartition entre chrome 6 (Cr(VI)) et chrome 3 (Cr(III)). Le Cr(VI) reste préférentiellement sous forme dissoute dans l’eau de mer, alors que le Cr(III) isotopiquement plus léger et formé par réduction naturelle du Cr(VI), a tendance à s’adsorber sur les particules marines.
La mesure des concentrations et des rapports isotopiques du chrome dissous a permis d’observer la perte de chrome dans les eaux de surface et leur reminéralisation en profondeur, qui semblent liées à l’activité biologique en surface et au cycle des particules marines. Il manque actuellement des mesures directes du chrome dans les particules marines pour confirmer ces observations.
Cette étude, et plus largement le projet SCriPT (voir réf. en bas de l’article), visent à établir une méthode de mesure de la concentration et des rapports isotopiques du chrome dans les particules marines afin de potentiellement utiliser le chrome comme traceur du flux de carbone vers les eaux profondes, en d’autres termes, de l’activité de la BCP océanique.
Premier objectif atteint
Malgré les difficultés techniques rencontrées au cours de ce voyage (fonctionnement parfois aléatoire des pompes filtrantes), l’échantillonnage a été globalement réussi concernant à la fois la quantité et la qualité des eaux et particules récoltées. Il s’agit maintenant de mesurer le chrome et ses rapports isotopiques contenus dans ces échantillons de manière précise. Des protocoles existent pour le chrome dissous dans l’eau, mais il faut établir celui pour le dosage du chrome fixé sur les particules en suspension. Ces échantillons représentent les premiers pas vers une compréhension plus poussée du cycle du chrome dans les océans.
Le chrome, qui n’est pas utilisé dans des processus biologiques, deviendrait donc un excellent traceur des particules qui entrainent le carbone des eaux de surface vers les eaux profondes, et par conséquent, un indicateur des variations de la BCP dues à l’impact du changement climatique.
Pour en savoir plus
Cette étude s’inscrit dans le cadre du projet de recherche européen Horizon2020 SCrIPT : Stable Chromium Isotopes as a Productivity Tracer (projet obtenu par le professeur Samuel Jaccard de l’Institut des sciences de la Terre)