Impact des volcans sous-marins sur l'écosystème

Le temps fort du projet a été une expédition (37 jours, R/V L'Atalante, nov-déc 2019) dont le défi était de localiser des sources hydrothermales peu profondes et d'évaluer leur impact sur les stocks et les flux biogéochimiques. 

L'expédition a été un succès : nous avons identifié et exploré deux sites contrastés émettant des fluides jusqu'à la couche euphotique. Nous avons pu montrer que l'impact cumulé de multiples sources hydrothermales le long de l'arc de Tonga fertilise en fer l'ensemble du bassin de Lau, avec des concentrations atteignant jusqu'à ~10 nM dans la couche photique (Tilliette et al., 2022). Le long du transect zonal ouest-est, les stocks de chlorophylle-a totale (Chla) et d'azote organique particulaire ont atteint leur maximum dans les eaux naturellement fertilisées en Fe. Les taux de fixation de N2 et les abondances des diazotrophes « Trichodesmium » ont augmenté d'un facteur 10 et 90, respectivement, dans ces eaux fertilisées au Fe (Bonnet & Guieu et al., 2023) par rapport aux eaux adjacentes. Les taux d'absorption de Fe spécifiques aux cellules diazotrophes étaient ~100 fois plus élevés que ceux du plancton non diazotrophe, ce qui s'est traduit par ces abondances très élevées près de l'arc volcanique des Tonga (Lory et al., 2022).

Grâce à de nouvelles expériences de mélange réalisées à bord dans de larges réacteurs de 300L, nous avons exploré en détail les mécanismes à l'origine de cette fertilisation : nous avons montré que les fluides hydrothermaux avaient d’abord un effet toxique et que certains phytoplanctons détoxifiaient l'environnement par la production de ligands, rendant les métaux toxiques présents dans les fluides moins disponibles; après cette période initiale, nous avons observé une forte stimulation de la production primaire, de la fixation de N2 et des taux d'export de carbone, en accord avec les observations in situ (Tilliette et al., 2023). In situ, la production exportée était principalement (~80%) soutenue par la fixation de N2 dans les eaux fertilisées en Fe (Bonnet et al., 2023), en accord avec l'exportation massive de diazotrophes observée pendant l'expédition (Bonnet et al., 2023,).

Enfin, nous montrons que l'efficacité de la séquestration du carbone par le Fe hydrothermal est (1) beaucoup plus élevée que celle observée lors des expériences artificielles d'ajout de Fe à méso-échelle et (2) dans la gamme des valeurs mesurées dans les fertilisations naturelles qui se produisent dans l'océan austral autour des îles Kerguelen et Crozet (Bonnet & Guieu et al., 2023), confirmant que les fertilisations naturelles de Fe sont plus efficaces pour la séquestration du carbone que les ajouts intentionnels de Fe. TONGA a donc permis de révéler un mode de fertilisation naturelle qui n’était pas considéré jusqu’alors. Une des suites de ce projet est de quantifier à l’échelle globale l’importance de ce processus sur la séquestration du carbone atmosphérique.

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Découvrez le portrait de Cécile Guieu à l'origine du projet TONGA aux côtés de Sophie Bonnet !