La fertilisation des océans : l'expédition germano-indienne de 2009

La fertilisation des océans : l'expédition germano-indienne de 2009
Sommaire de l'article
Le voyage du Polastern (7 janvier - 17 mars 2009)

En 2009 et 2010, une expédition germano-indienne saupoudre du fer dans les océans pour actionner une pompe biologique de capture du CO2 de l'atmosphère. Deux membres de l'équipage rapportent l'histoire de ce projet controversé. Au-delà du débat sur l'usage de la géo-ingénierie climatique, des informations inédites ont été apportées sur la biogéochimie des océans.

Les océans exercent une influence fondamentale sur le climat mondial en régulant les concentrations atmosphériques du dioxyde de carbone (CO2), un gaz à effet de serre qui contribue au réchauffement de la planète. Néanmoins, l'utilisation des combustibles fossiles ayant bouleversé le cycle naturel du carbone, les spécialistes des géosciences doivent aujourd'hui relever un défi : modifier ces processus naturels pour que les océans absorbent davantage de CO2 provenant de l'atmosphère. L'une de ces techniques, la fertilisation des océans par le fer (Ocean Iron Fertilization, OIF), consiste à ensemencer des régions océaniques d'infimes quantités de fer de façon à stimuler la croissance des micro-organismes de type végétal (le phytoplancton) qui, par la suite, meurent et sombrent au fond des océans. Une expérience scientifique cruciale, destinée à mieux comprendre ce processus et son potentiel, a suscité une grande controverse et a été vivement décriée par certains mouvements écologistes, en raison de ses dangers supposés. Elle a toutefois permis de nouveaux constats importants sur l'écologie du plancton et sur la capacité limitée de l'OIF d'accroître la séquestration du CO2 dans les océans. Cet article décrit les difficultés que les auteurs ont rencontrées lorsqu'ils ont mené cette expérience dans l'Atlantique Sud-Ouest, début 2009, et présente les principales observations qui se dégagent de ce projet, appelé Lohafex.

Du fer pour une pompe biologiqueà carbone

Les océans jouent un rôle particulier en contribuant à l'absorption du CO2. Actuellement, ils renferment environ cinquante fois la quantité atmosphérique de ce gaz. Au cours du siècle dernier, les concentrations atmosphériques de CO2, le principal gaz à effet de serre, ont augmenté de 100 parties par million par volume, soit, au total, quelque 200 gigatonnes (1 gigatonne = 109 tonnes) ou près du tiers du carbone présent dans l'ensemble de la végétation terrestre. Même une reforestation de grande ampleur, d'ailleurs fort improbable étant donné l'utilisation croissante des terres pour la production d'aliments et de biocarburants, aurait peu d'effets sur les niveaux excessifs de CO2 constatés de nos jours. Pour lutter contre le réchauffement climatique mondial, outre la simple limitation des nouvelles émissions, nous prônons une recherche sur la réduction du CO2 atmosphérique, car l'élimination naturelle du CO2 anthropique (dû aux activités humaines), essentiellement imputable à l'absorption par les océans, prendra des milliers d'années. On parle de géo-ingénierie pour désigner ces efforts, et notamment les techniques visant à refroidir la planète. Un récent rapport de la Royal Society britannique admet qu'une seule méthode ne sera pas suffisante et qu'il faudra recourir à un éventail de dispositifs pour remédier à ce problème toujours plus important [The Royal Society, 2009]. L'une des solutions envisageables est la fertilisation de zones océaniques riches en nutriments avec du fer à l'état de trace, de manière à y favoriser la croissance du phytoplancton. Après sa prolifération (bloom), le phytoplancton meurt et coule loin de la couche de surface, d'où un transfert de carbone aux grands fonds océaniques et aux sédiments des fonds marins. C'est ce que l'on appelle la " pompe biologique à carbone ".

Les expériences de fertilisation des océans constituent un nouvel outil puissant pour l'étude et la quantification des processus écologiques et biogéochimiques dans l'océan. Les premières datent du milieu des années 1990 et ont mis en lumière un paradoxe : la productivité phytoplanctonique peu élevée dans trois vastes zones pourtant riches en nutriments, tant sous des latitudes tropicales que polaires (Pacifique subarctique, Pacifique équatorial et océan Austral). Selon Martin [1990], dans ces trois régions, en particulier dans tout l'océan Austral, le rythme de croissance du phytoplancton est limité par un faible apport de fer (Fe) d'origine continentale. Cette hypothèse comporte un deuxième volet intéressant, qui a trait au climat : au plus fort de la dernière glaciation, il y a 20 000 ans, l'Europe septentrionale et l'Amérique du Nord étaient recouvertes d'un manteau de glace de trois kilomètres d'épaisseur, le niveau des mers était plus bas de 100 mètres et les concentrations de CO2 dans l'atmosphère de 100 parties par million par volume inférieures à celles d'il y a un siècle. Martin [1990] avance que les quantités nettement supérieures de poussières à forte teneur en fer que ces régions ont reçues durant les périodes glaciaires, froides et sèches, ont augmenté la productivité du phytoplancton et, par conséquent, séquestré davantage de CO2 dans les grands fonds océaniques que pendant les périodes ultérieures, chaudes et humides. Cette " hypothèse du fer " a un corollaire : la fertilisation artificielle par le fer des eaux de surface accroîtrait l'absorption de CO2 atmosphérique dans ces zones.

L'hypothèse du fer a été en partie confirmée par une douzaine d'expériences menées dans ces trois grandes régions peu productives, quoique riches en éléments nutritifs. Ces études ont consisté à stimuler les blooms phytoplanctoniques, surtout de diatomées, un groupe d'algues à squelette externe siliceux [Boyd et alii, 2007]. On sait que les diatomées qui ont proliféré naturellement meurent et sombrent en masse au fond des océans, mais il a fallu une expérience distincte (baptisée European Iron Fertilization Project, Eifex) pour vérifier ce que devenaient les algues dont la floraison a été fertilisée par le fer. Cette expérience s'est déroulée dans le centre fermé, situé à environ 3 500 mètres du fond marin, d'un tourbillon océanique de cent kilomètres de diamètre. Après l'ajout de fer, il s'est produit un bloom massif pour la plupart des espèces de diatomées présentes dans la couche de surface. Une grande proportion des cellules du phytoplancton a ultérieurement formé des amas de détritus qui ont rapidement coulé vers le fond de l'océan à travers la colonne d'eau sous le centre fermé du tourbillon. Le broutage était étonnamment peu intense, malgré les vastes populations de zooplancton (minuscules invertébrés) qui se nourrissaient de ces diatomées.

Lohafex, une expédition d'étude des processus écologiques et biogéochimiques dans l'océan

Les précédentes expériences d'OIF avaient été réalisées dans des eaux peu productives, très éloignées des sources naturelles de fer, afin de déterminer la réaction des communautés des " déserts océaniques " peuplées de grandes diatomées à épines et à enveloppe épaisse. Pour sa part, Lohafex  Loha désigne le fer en hindi. , un programme d'OIF conjoint (Inde/Allemagne) élaboré en 2005, s'intéresse à la réaction d'une population de diatomées très différente, située dans la zone productive de l'Atlantique Sud-Ouest qui rencontre le courant circumpolaire antarctique, où s'exerce l'influence d'eaux côtières enrichies en fer. Ces diatomées sont plus petites, leur enveloppe est plus fine et leur croissance plus rapide que dans les déserts océaniques : on sait qu'elles sombrent en masse après leur bloom. Un examen détaillé de leur répartition dans les sédiments sous-jacents de cette région avait révélé la présence de diatomées côtières s'étendant vers l'est, jusqu'à environ 10 degrés de longitude ouest [Abelmann et alii, 2006]. Les sédiments qui se sont déposés au cours de la dernière glaciation se répartissent encore davantage à l'est, dans tout le secteur atlantique. On peut donc penser que ces communautés de diatomées ont contribué à la séquestration du carbone " manquant " des périodes de glaciation.

En 2006, nous avons soumis les projets pour l'expédition Lohafex et, après examen par les pairs (plusieurs éminents scientifiques, en Inde et en Allemagne), celle-ci a obtenu une autorisation d'accès pour un navire, ainsi que les 4 millions de dollars nécessaires à son financement, les deux pays partenaires se partageant les coûts. Par la suite, l'Alfred Wegener Institut (AWI), en Allemagne, et le National Institute of Oceanography, en Inde, ont rédigé un protocole d'accord pour leur expérimentation conjointe. Les directeurs de l'organisation-mère de chacun d'eux (respectivement, l'Association Helmholtz et le Conseil de la recherche scientifique et industrielle) ont signé ce protocole au mois d'octobre 2007, lors d'une visite de la chancelière allemande en Inde. De plus, des chercheurs de cinq organismes, en Italie, en Espagne, au Royaume-Uni, en France et au Chili, ont accepté de se joindre à cette expédition. L'équipe interdisciplinaire de Lohafex compte 49 scientifiques, avec, en proportions quasiment égales, des physiciens, des chimistes et des biologistes.

Les expériences en haute mer offrent des possibilités uniques d'étudier des processus sur des échelles de temps et d'espace habituellement non accessibles dans les voyages de recherche océanographique classiques qui recourent, en général, à la méthode des transects. Un transect est une trajectoire le long de laquelle on enregistre et mesure l'occurrence des phénomènes ou processus étudiés : taux de mélange des masses d'eau, taux de renouvellement de différents composés chimiques (notamment des gaz à impact climatique produits par le plancton), schémas d'interaction entre les divers types d'organismes composant les écosystèmes planctoniques... Ces informations sont essentielles pour la programmation de modèles complexes du fonctionnement des écosystèmes océaniques. Ces modèles aideront à prévoir comment le changement climatique en cours va influer sur les océans et sur leur biote. L'organisation des différentes équipes chargées de mesurer ces processus nécessite une planification et une coordination minutieuses. À cette fin, le National Institute of Oceanography de Goa a dispensé une formation de deux semaines, en janvier et février 2008. Cette formation a été suivie, pour tous les participants, d'un atelier de préparation à l'expédition, accueilli par le même organisme, en avril 2008.

Une expédition controversée

Peu après les premières expériences d'OIF menées avec succès au milieu des années 1990, des sociétés ont annoncé leur intention de recourir à cette technique pour acheter des crédits carbone, comme le prévoit le Protocole de Kyoto. Les scientifiques se sont inquiétés, à juste titre, des effets délétères que pourrait avoir une fertilisation pratiquée à grande échelle et sur le long terme. Ces préoccupations, qui visaient les entreprises commerciales, ont été exprimées dans des articles d'opinion publiés par des revues influentes [Chisholm et alii, 2001 ; Lawrence, 2002] et elles ont été abondamment médiatisées. Cependant, même si les informations qu'ils présentaient étaient pour la plupart exactes, les médias n'ont pas toujours souligné les différences fondamentales entre expériences scientifiques de petite envergure et projets commerciaux de grande envergure, d'où une perception négative de l'OIF dans la population informée.

Des rapports antérieurs faisant état d'une pollution par des métaux lourds et de blooms phytoplanctoniques excessifs dans les eaux côtières, en raison de l'eutrophisation [Smetacek et alii, 1991], le grand public s'est davantage préoccupé des dommages que les activités humaines pouvaient causer sur les fragiles écosystèmes marins. Il y a eutrophisation quand des organismes aquatiques sont fertilisés par de l'azote et du phosphore, ce qui entraîne une trop forte croissance des végétaux : la sur-fertilisation imputable à l'homme affecte souvent les populations animales et végétales ; elle dégrade aussi la qualité des eaux et des habitats. Ces préoccupations sont entièrement fondées : la pollution par les métaux toxiques nuit aux organismes aquatiques (et terrestres), tandis que la croissance végétale excessive (blooms intenses dans les eaux de surface, puis décomposition ultérieure) prélève de l'oxygène dans les eaux de subsurface, asphyxiant les organismes locaux. Les blooms de phytoplancton toxique qui provoquent la mort d'animaux constituent un autre aspect de l'eutrophisation. Ce problème touchant aussi à la santé humaine (dégradation de la qualité des eaux et contamination d'espèces cultivées pour la consommation, telles que moules ou poissons), la plupart des pays développés ont souhaité adopter une législation destinée à lutter contre la pollution et l'eutrophisation. Cette législation a atténué les effets délétères de ces phénomènes dans de nombreuses régions, mais, pour des raisons qui restent en grande partie mystérieuses, les cycles annuels du plancton avant eutrophisation ne se sont pas rétablis. Cela montre à quel point nous connaissons encore mal les facteurs et les processus qui agissent sur les écosystèmes planctoniques [Smetacek et Cloern, 2008]. En tout état de cause, il nous paraît injustifié d'établir un parallèle entre de faibles ajouts de fer, à petite échelle, dans les grands fonds et de fortes teneurs constantes en métaux, phosphore et azote dans les zones côtières moins profondes, qui induisent sans nul doute une contamination et une eutrophisation de l'environnement.

Alors que les zones côtières sont sur-fertilisées et polluées, la haute mer manque souvent d'éléments vitaux. Or, pour un bon métabolisme, tous les organismes ont besoin d'éléments à l'état de trace, en particulier de fer, mais également de zinc, de cuivre, de cobalt etc., en plus de macronutriments tels que l'azote et le phosphate. Le fer joue un rôle capital dans de nombreuses voies métaboliques de base, notamment dans la synthèse de la chlorophylle, la réduction du nitrate en une forme utilisable et le transfert d'énergie. Cependant, étant insoluble dans l'eau de mer, le fer s'y trouve très faiblement concentré à l'état dissous, mais abonde dans les sédiments et les sols. Dans les eaux côtières, ses concentrations sont proches de leur solubilité maximale, voire supérieures (de quelques dizaines à plusieurs centaines de microgrammes par mètre cube) ; la quantité d'azote disponible explique généralement que la croissance du phytoplancton y soit limitée. En revanche, en haute mer, dans les régions à faible teneur en fer, où les eaux profondes, riches en nutriments, sont amenées jusqu'à la surface par les remontées d'eau, le fer dissous n'est pas suffisant pour permettre l'utilisation des autres nutriments. Faisons une analogie terrestre : l'ajout de fer dans ces régions équivaut à l'arrosage d'un jardin desséché où le manque d'eau restreint la croissance de la végétation. Toutes les expériences montrent qu'un phytoplancton disposant de peu de fer accroît son taux de chlorophylle (c'est-à-dire qu'il verdit, comme, lorsqu'ils sont arrosés, les végétaux terrestres victimes de la sécheresse) et son efficacité photosynthétique augmente, signe d'un stress antérieur dû à une carence en fer. Fait intéressant, de même que l'atmosphère apporte de l'eau à la terre grâce à la pluie, elle transporte des poussières riches en fer jusqu'aux océans [Cassar et alii, 2007], la pluie déposant en général ces poussières à la surface de ces derniers.

Comme le démontrent amplement les expériences en laboratoire ainsi que celles en haute mer, l'ajout artificiel de fer a des effets qui s'apparentent fortement à ceux des poussières naturelles ou du contact avec les sédiments. Non seulement l'apport de fer stimule le phytoplancton, mais il agit aussi sur les organismes qui sont tributaires des matières organiques issues de la production primaire d'algues, par exemple des bactéries et divers types de zooplancton alguivore, qui vont de protozoaires unicellulaires à des crustacés de la taille d'un moustique. Ces organismes accroissent leur niveau d'activité [Boyd et alii, 2007], leur broutage et leur taux de ponte. L'analogie entre l'ensemencement de la haute mer par le fer et les précipitations dans les zones terrestres desséchées vaut également pour les animaux et le plancton : tant que la dose de fer reste faible et sporadique, elle imite les processus naturels et ne nuit pas à l'environnement.

Autre préoccupation des écologistes : l'OIF pourrait-elle entraîner des blooms d'espèces toxiques, comme celles qui contribuent à la mortalité massive d'espèces animales côtières (poissons, oiseaux et mammifères marins, en particulier) ? À notre avis, ce risque doit être envisagé sous un angle environnemental plus large. La plupart des espèces de phytoplancton toxiques sont des algues de type dinoflagellés. Même s'il existe de nombreux dinoflagellés océaniques, les espèces toxiques se trouvent généralement dans les eaux peu profondes. Pour survivre dans des conditions défavorables, elles forment des spores de repos qui sédimentent sur le fond. Ces espèces sont quasiment absentes en haute mer. Cependant, le genre Pseudo-nitzschia très répandu, qui appartient à la classe des diatomées communes et comporte quelques espèces toxiques, a effectivement été stimulé lors d'expériences d'OIF. D'après une étude effectuée par l'Alfred Wegener Institut en 2000, il a parfois contribué pour 25 % à la biomasse provenant de blooms, mais les mesures réalisées sur des échantillons de plancton congelé ont montré que la toxine en question, l'acide domoïque, n'était pas présente  Cette toxine n'est pas détruite par la congélation (ni par la cuisson). [Assmy et alii, 2007]. Des blooms d'espèces toxiques de ce genre se produisent régulièrement dans de nombreuses régions côtières où s'opèrent des remontées d'eau. Leurs effets délétères sur les crustacés et les animaux marins ont été signalés au niveau des côtes Ouest et Est des États-Unis, ainsi qu'au large de la province orientale de l'Île-du-Prince-Édouard, au Canada [WDFW, 2010 ; CIMWI, 2010]. Notons que d'autres blooms d'algues toxiques, observés notamment dans le golfe du Mexique et au large du Portugal, ne sont pas associés à un impact négatif sur les oiseaux et mammifères marins. Seules des expériences supplémentaires pourront montrer si ces espèces toxiques induisent un risque quand l'OIF est mise en œuvre.

Une autre préoccupation environnementale a trait à la libération de gaz trace lors des expériences d'OIF. Nous avons examiné et actualisé les effets de ce phénomène de façon plus détaillée dans d'autres articles (voir, par exemple, Smetacek et Naqvi, 2008).

En 2007, des évolutions inattendues sur la scène internationale ont commencé à menacer l'avenir de la recherche consacrée à l'OIF. Les annonces, mentionnées plus haut et largement médiatisées, de projets d'OIF d'entreprises ont attiré l'attention des mouvements écologistes, des organisations gouvernementales et des organisations intergouvernementales sur ces tentatives prématurées et non encadrées, qui visent à mettre en place une géo-ingénierie reposant sur l'OIF. Devant l'opposition de nombreux milieux, en particulier d'organisations non gouvernementales (ONG) telles que Greenpeace, des médias et des organismes publics des pays concernés, l'une de ces entreprises a abandonné son projet d'expérimentation de l'OIF en 2007. Par voie de conséquence, durant sa neuvième réunion à Bonn, en mai 2008, la Conférence des parties à la Convention sur la diversité biologique (CDB) a adopté une décision qui " [...] exhorte les autres gouvernements [à] s'assurer qu'il n'y aura pas d'activités de fertilisation des océans tant qu'il n'existera pas de fondement scientifique qui justifie de telles activités, y compris l'évaluation des risques associés, et qu'un mécanisme de réglementation et de contrôle efficace, mondial et transparent ne sera pas en place pour ces activités, sauf pour les recherches scientifiques de petite échelle menées dans des eaux côtières. Ces études [...] doivent faire l'objet d'une évaluation préalable approfondie des risques potentiels des études de recherche sur l'environnement marin, et être strictement contrôlées. Elles ne doivent pas être utilisées pour produire et vendre des contreparties d'émissions de la fixation de carbone ou à toute autre fin commerciale " [CDB, 2008, IX/16].

Interprétée par certains comme un moratoire de fait sur toutes les activités d'OIF, cette déclaration comporte plusieurs grandes failles, comme l'a noté, en juin 2008, le groupe consultatif ad hoc sur la fertilisation des océans, créé par la Commission océanographique intergouvernementale (COI). Ce groupe craignait que la déclaration de la CDB ne " limite inutilement et indûment les activités scientifiques légitimes " en ne précisant pas, entre autres, ce que l'on entend par " petite échelle ". Et d'ajouter que " limiter les expériences aux eaux côtières apparaît être une restriction nouvelle, arbitraire et contre-productive " et qu'" il existe de bonnes raisons scientifiques de mener des expériences de plus grande envergure " [COI, 2008]. Concernant la réglementation des activités d'OIF, le groupe consultatif souligne que les expériences scientifiques de manipulation ne renseignent guère sur les écosystèmes et " ne devraient être encouragées que si elles occasionnent un surcoût administratif minime ". Il convient de différencier ces recherches des activités destinées à introduire des quantités supplémentaires de CO2 dans les océans [COI, 2008].

En outre, la déclaration des parties à la CDB " exhorte les parties et les autres gouvernements à agir dans le respect de la décision de la Convention de Londres " (1972) sur la prévention de la pollution des mers résultant de l'immersion de déchets et d'autres matières [OMI, 2008]. La 30e réunion consultative des parties contractantes à la Convention de Londres et la troisième réunion des parties contractantes au Protocole de Londres (1996) ont examiné des questions ayant trait à la fertilisation des océans. Le 31 octobre 2008, elles ont adopté une résolution indiquant : " Dans l'état actuel des connaissances, il convient de ne pas autoriser les activités de fertilisation des océans autres que la recherche scientifique légitime " [OMI, 2008]. Tout en admettant la nécessité de la recherche scientifique légitime, les participants sont convenus que " les projets de recherche scientifique doivent être évalués au cas par cas, à l'aide d'un cadre ad hoc qui sera élaboré par les Groupes de travail scientifiques en vertu de la Convention et du Protocole de Londres " [OMI, 2008]. Tant que ce cadre n'a pas été défini, les parties contractantes sont " exhortées à faire montre de la plus grande prudence et à suivre les meilleures orientations disponibles pour évaluer les projets de recherche scientifique de façon à protéger le milieu marin conformément à la Convention et au Protocole " [OMI, 2008]. Il faut noter que cette résolution ne cherche pas à cantonner les expériences de fertilisation aux expériences de " petite échelle " et aux " eaux côtières ". Étant donné que la déclaration des parties à la CDB se réfère, à de multiples reprises, aux décisions de la Convention/du Protocole de Londres, nous avons considéré, en notre qualité de codirecteurs scientifiques de la mission Lohafex, et avec l'appui de nos organisations respectives, que ces limitations ne n'appliquaient plus. De surcroît, nos projets avaient été examinés par des pairs et par des organismes publics (notamment par la Commission de planification de l'Inde). Quoi qu'il en soit, les résolutions de la CDB comme celles de la Convention/du Protocole de Londres ne sont pas contraignantes. En novembre 2008, nous avions atteint un point de non-retour, sur le plan logistique, pour le programme Lohafex. Nous avons poursuivi en conséquence.

Le navire de recherche de Lohafex, le Polarstern, a quitté Le Cap, en Afrique du Sud, le 7 janvier 2009. Le lendemain, nous apprenons, à notre grande surprise et avec consternation, qu'une ONG internationale, l'ETC Group (Action Group on Erosion, Technology and Concentration) a adressé une lettre de protestation au ministère fédéral allemand de l'Environnement, de la Protection de la nature et de la Sécurité nucléaire (qui a accueilli la réunion de la conférence des parties à la CDB). Ce courrier affirme que l'expédition Lohafex enfreint les accords internationaux. En Allemagne, une autre ONG (Aktionskonferenz Nordsee, qui, dans les années 1990, luttait contre l'eutrophisation et la pollution, mais s'est dissoute en 2009) a fait appel à ses anciens sympathisants pour qu'ils envoient des courriers électroniques de protestation à l'Alfred Wegener Institut et au gouvernement allemand. En retour, le ministère de l'Environnement a convaincu le ministère fédéral de l'Éducation et de la Recherche de suspendre l'expédition Lohafex. Sur décision ministérielle conjointe, le projet Lohafex a été communiqué à deux instituts de recherche indépendants (le British Antarctic Survey [BAS] à Cambridge, au Royaume-Uni, et le Leibnitz Institut für Meereswissenschaften [IfM-GEOMAR] à Kiel, en Allemagne), pour évaluation de son impact potentiel sur l'environnement, ainsi qu'à trois éminents juristes (professeurs de droit international dans des Universités allemandes), pour vérification de sa légitimité au regard des conventions internationales. Le projet et l'évaluation des risques élaborés à bord du Polarstern et à l'Alfred Wegener Institut ont reçu d'excellents avis scientifiques du BAS et de l'IfM-GEOMAR, et les trois juristes ont considéré que le projet respectait le droit international. C'est pourquoi les autorités allemandes ont autorisé la poursuite de l'expédition Lohafex.

Conclusion

Au vu du succès de la technique employée dans le programme Eifex, nous avions prévu de fertiliser un tourbillon océanique stable, à centre fermé, ce qui devait empêcher la parcelle fertilisée d'être éparpillée par les courants et la maintenir au-dessus de la colonne d'eau. Nous avons mis à profit l'interruption forcée de notre projet pour examiner différents tourbillons identifiés grâce à des images satellitaires. Le seul tourbillon adéquat qui subit l'influence des eaux côtières dans toute la région est centré à 16 degrés de longitude ouest et 48 degrés de latitude sud. Le 25 janvier 2010, nous avons procédé à des relevés du tourbillon et, le 26 janvier, obtenu l'autorisation de continuer notre expérience. Le jour suivant, nous avons commencé à ensemencer une zone d'environ 300 kilomètres carrés avec 10 tonnes de sulfate de fer (FeSO4) en granulés dissous dans l'eau de mer. À terre, ce produit du commerce sert normalement à l'entretien des pelouses et ne contient pas d'impuretés nocives : le dosage conseillé pour le gazon est de 20 grammes par mètre carré. La quantité nécessaire pour générer un bloom phytoplanctonique est de 0,05 gramme par mètre carré d'océan. Il en résulte une concentration de quelque 100 microgrammes de fer par mètre cube sur une colonne d'eau de 100 mètres de hauteur, ce qui est donc loin de dépasser la plage de concentration naturelle indiquée plus haut pour des eaux côtières non polluées. Étant donné que le sel marin contient déjà 10 % de sulfate, la quantité ajoutée par le sulfate de fer est extrêmement faible. Nous avons observé la parcelle fertilisée et surveillé les processus biogéochimiques et écologiques pendant 38 jours. La parcelle a tourné à l'intérieur du tourbillon durant 23 jours, avant d'en être éjectée, puis s'est allongée et diluée.

Les résultats des expériences Lohafex réalisées dans les eaux productives de l'Atlantique sud-ouest diffèrent sensiblement de ceux des projets d'OIF menés dans des eaux non productives (voir supra). Nous avons fait six grands constats : (1) les diatomées sont manifestement absentes, en raison des basses teneurs ambiantes en silicates, et les petits flagellés (''< 10 micromètres) prédominent dans la biomasse phytoplanctonique ; (2) la biomasse phytoplanctonique ne se développe pas au-delà de 1,7 milligramme de chlorophylle a par mètre cube, ce qui s'explique probablement par un broutage zooplanctonique intense (les concentrations de ce pigment, qui permettent de mesurer aisément la biomasse phytoplanctonique, sont environ deux fois plus élevées durant les grands blooms naturels et l'étaient aussi lors des précédentes expériences d'OIF dans l'océan Austral) ; (3) malgré un quasi-doublement de la productivité primaire sous l'effet de la fertilisation, la biomasse et la production bactériennes restent faibles ; (4) l'absorption du CO2 est modeste à l'intérieur de la parcelle (''< 15 micro-atmosphères, unité de mesure équivalant aux parties par million par volume dans l'atmosphère), et du carbone organique s'accumule dans la couche de surface sous forme de particules et à l'état dissous ; (5) peu de particules de matières organiques sont transférées à la haute mer ; et (6) la fertilisation n'influe guère sur la production d'autres gaz à effet de serre qui jouent un rôle important dans le changement climatique, tels que l'oxyde d'azote et les halocarbones destructeurs d'ozone (composés carbonés et halogénés).

Les résultats du projet Lohafex ont deux grandes conséquences. Premièrement, bien que, dans l'océan Austral, la production de phytoplancton soit limitée par la carence des eaux en fer, l'apport de fer en l'absence de silicium dissous convenant aux diatomées n'engendre pas le développement d'une large biomasse, car les brouteurs exercent un contrôle top-down (par la prédation). Néanmoins, nos résultats n'excluent pas un contrôle bottom-up (par les ressources nutritives disponibles) dû à la carence en d'autres micronutriments, par exemple en cobalt. Ce dernier est un élément essentiel à la synthèse de la vitamine B12, et ses concentrations à la fin de l'expérience étaient encore insuffisantes. Deuxièmement, le silicium apparaissant en faibles concentrations dans 65 % de l'océan Austral, la capacité de l'OIF à séquestrer le CO2 anthropique est bien moins importante qu'envisagé. En effet, les estimations antérieures, qui reposaient sur l'utilisation du nitrate disponible, escomptaient 1 gigatonne de carbone (environ deux parties par million par volume) par an. Or, la quantité utilisable avant que les limites du silicate ne soient atteintes représente moins de la moitié de ces estimations.

L'expérience Lohafex a apporté des informations inédites sur l'écologie du plancton, qui n'auraient pu être obtenues si ces recherches avaient été empêchées. Cependant, plusieurs questions fondamentales à propos de l'OIF restent à ce jour sans réponse [Buesseler et alii, 2008 ; Smetacek et Naqvi, 2008]. Il s'agit notamment du rôle du cobalt et d'autres éléments à l'état de trace, de l'impact sur le phytoplancton durant les périodes de l'année où les stocks de zooplancton sont inférieurs et de l'influence potentielle de l'OIF, à plus long terme, sur les prédateurs du zooplancton et le reste de la chaîne alimentaire. Comme la plupart des chercheurs en sciences de la mer, nous sommes vivement opposés à l'OIF à des fins commerciales : en effet, une telle exploitation est axée sur la recherche du profit et moins susceptible de réagir à des évolutions néfastes imprévues, certainement moins qu'une recherche qui serait menée par une organisation internationale sans but lucratif, placée sous la tutelle des Nations unies et surveillée de près par des instances scientifiques indépendantes [Smetacek et Naqvi, 2008]. Cette organisation pourrait être financée par le produit d'une taxe carbone plutôt que d'un marché des crédits carbone. De plus, nous privilégions largement cette méthode de recherche prometteuse pour l'examen d'hypothèses qui demeurent invérifiables autrement. Empêcher une future recherche très encadrée sur l'OIF, à cause d'inquiétudes infondées quant aux effets sur l'environnement et à l'éventualité d'une utilisation commerciale de cette technique, reviendrait à jeter le bébé avec l'eau du bain.

Le voyage du Polastern (7 janvier - 17 mars 2009)

Sources : National Institute of Oceanography et Alfred Wegener Institute.
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