La concentration du dioxyde de carbone dans l’atmosphère augmente du fait de l’activité des pays industriels (CO2 anthropique), et représente la principale cause du réchauffement climatique actuel. Il est particulièrement important de pouvoir quantifier les puits de carbone anthropique (biosphère terrestre et océan) parce qu’ils déterminent la fraction de CO2 qui va rester dans l’atmosphère et ainsi réchauffer la planète. Le rôle que peut jouer l’océan dans la fixation de ce CO2 supplémentaire est donc une question centrale de l’océanographie contemporaine.
Il est nécessaire d’avoir une bonne compréhension du cycle marin du carbone pour pouvoir ensuite étudier la capacité de stockage océanique du CO2 anthropique. Les flux de CO2 échangés à l’interface atmosphère-océan dépendent essentiellement de la différence de pression partielle entre l’atmosphère et l’océan. La pCO2 océanique est très variable et dépend de processus physiques et chimiques (pompe physique ou de solubilité), et, d’autre part, de processus physiques et biologiques (pompes biologiques). Deux pompes biologiques sont essentiellement distinguées, la pompe biologique « molle » associée à la capture photosynthétique du CO2 (production primaire) et à son exportation vers l’océan profond (figure ci-dessus), et la pompe biologique « dure » liée à la formation de carbonate de calcium dans l’océan de surface. La pompe biologique « molle » est responsable de la plupart du gradient de carbone minéral dissous entre l’océan de surface et l’océan profond. Elle correspond donc à l’essentiel du transfert de carbone à l’intérieur de l’océan. Cette pompe est supposée avoir fonctionné à l’équilibre durant quelques milliers d’année avant notre ère (Holocène) et avoir continué à fonctionner ainsi depuis le début de l’ère industrielle (Anthropocène). Ce n’est qu’à partir des années 2000 que la perturbation climatique semble commencer à modifier le fonctionnement de cette pompe (Sarmiento & Grüber, 2006). Il semble donc crucial d’étudier l’ensemble des processus qui caractérisent la principale pompe à carbone dans l’océan, ainsi que son évolution probable face à l’altération du climat (échelle décennale).
Le moteur de la pompe biologique « molle », la production primaire océanique, dépend d’une part de l’éclairement et d’autre part de la disponibilité nutritive (figure ci-dessus). La majeure partie de la matière organique photosynthétisée est recyclée à l’intérieur de la couche éclairée, et le CO2 formé est restitué à l’atmosphère à une échelle de temps relativement courte, allant de quelques jours à quelques mois. Une fraction quitte la couche de surface sous forme de particules et est ainsi exportée vers les eaux plus profondes. Une autre fraction, dont la quantité est encore mal connue, est directement exportée sous forme organique dissoute. La somme de ces deux flux correspond à la production exportable dont l’évolution temporelle nécessite d’être quantifiée pour évaluer l’importance de l’océan en tant que puits de CO2 atmosphérique. L’exportation de carbone, associée à des processus biologiques, n’est pas ou peu conditionnée par la présence de CO2 dont la disponibilité ne constitue pas un facteur limitant pour la croissance du phytoplancton, mais par celle d’autres éléments biogènes (azote, phosphate, silicium, fer), qui sont des éléments indispensables à la synthèse de matière organique et qui vont contrôler (limiter ou, au contraire, permettre) le fonctionnement de la pompe biologique du carbone.
La plupart de mes travaux concerne l’étude de la pompe biologique « molle ». Ils sont décrits dans les différents articles accessibles ici et vont de la description des principaux stocks et flux de carbone et d’éléments nutritifs dans l’océan, à des études de modélisation. Ils ont bien entendu été obtenus en collaboration avec de nombreux collègues français et étrangers, et des étudiants en thèse. Si je devais mettre un résultat en avant, ce serait le contrôle par la disponibilité du phosphate de l’entrée d’azote par la fixation d’azote dans les eaux du Pacifique tropical sud ouest riches en fer (Moutin et al., 2018). Cette région apparaît centrale dans la fertilisation naturelle de l’océan.
Moutin, T., Wagener, T., Caffin, M., Fumenia, A., Gimenez, A., Baklouti, M., Bouruet-Aubertot, P., Pujo-Pay, M., Leblanc, K., Lefevre, D., Helias Nunige, S., Leblond, N., Grosso, O., and de Verneil, A.: Nutrient availability and the ultimate control of the biological carbon pump in the western tropical South Pacific Ocean, Biogeosciences, 15, 2961-2989, https://doi.org/10.5194/bg-15-2961-2018, 2018.
Sarmiento J.L. & N. Gruber. 2006. Ocean Biogeochemical Dynamics. Princeton University Press/ Princeton and Oxford. ISBN-13: 978-0-691-01707-5
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