Sels nutritifs et limitation du phytoplancton

par Philippe Dufour , IRD

Figure 1 : Les eaux océaniques (en bas et à droite) poussées par la houle passent par dessus la couronne récifale d’un atoll et diluent les eaux de son lagon.

La diversité morphologique des atolls  influence le régime des sels nutritifs nécessaires à la croissance du phytoplancton.

Les eaux océaniques qui alimentent les lagons sont ultraoligotrophes. Avec des concentrations en azote minéral dissous (DIN = NO₂^-+ NO₃^- + NH₄⁺), phosphate et silice de 0.02, 0.21 et 1 µM, respectivement, elles sont déficientes en azote tandis que les diatomées y sont limitées par la silice (Pour en savoir plus). Ces concentrations devraient être celles de lagons à confinement nul. En réalité, aucun lagon n’est dans ce cas. Tous ont donc des différences de concentrations nutritives avec l’océan, liées aux régénérations et productions nutritives intra-lagonaires ainsi qu’aux apports en provenance des motus, des colonies d’oiseaux et des nappes phréatiques. Ces différences de concentrations sont fonction des temps de résidence des eaux océaniques qui renouvellent les eaux lagonaires. A l’échelle d’un lagon, et pour des conditions identiques de houle et vent, les temps de résidence varient principalement en fonction du degré d’ouverture sur l’océan, et de la taille du lagon (profondeur et surface).

Les concentrations en azote, phosphore et silice d’une majorité de lagons sont limitantes par la plupart des espèces phytoplanctoniques (Tableau 1).

Les concentrations en azote minéral dissous diminuent avec la taille des lagons (à la fois avec leur surface et leur profondeur moyenne, Figure 2). Les concentrations en phosphate sont indépendantes de la taille; par contre les lagons les plus confinés apparaissent les plus déficients (Figure 2). Il s’en suit le passage d’une déficience en azote pour les lagons les plus grands et les plus ouverts sur l’océan, à une déficience en phosphore pour les lagons les plus petits et les plus confinés. Cette évolution est manifestée par la régression: DIN / P-PO₄ = -29.7 ouverture - 0.35 profondeur moyenne + 17.2, r² = 0.56, n = 10. Figures 2 et 3

	Le passage d’une limitation par l’azote à une limitation par le phosphore s’observe pour les lagons les plus petits et les plus isolés de l’océan. Elle résulte de la diminution des concentrations en azote avec la taille des lagons et de l’augmentation des concentrations en phosphore avec le degré d’ouverture sur l’océan.

Figure 2 

Les concentrations en silice sont, quant à elle, inversement corrélées avec la taille des lagons (leur surface et leur profondeur moyenne)

Figure 3

Les concentrations en silice ne limitent pas le picophytoplancton qui domine les lagons d’atolls des Tuamotu. Mais elles sont suffisamment faibles, dans certains lagons, pour limiter la croissance des diatomées et expliquer la rareté des algues de cette classe dans les lagons des Tuamotu. Une source de silice est sa diffusion à partir des nappes phréatiques des motu où elle est particulièrement concentrée. Or l’importance relative des motu diminue avec la taille des lagons. Ce qui pourrait expliquer la décroissance des concentrations en silice avec la taille des lagons (Figure 3).

Les limitations déduites des concentrations nutritives sont confirmées par deux autres méthodes (Tableau 2). L’azote limite le plus fréquemment avant le phosphore et la silice . Les autres éléments nutritifs, métaux et vitamines sont en excès par rapport à ces 3 éléments. On constate bien sur le Tableau 2 que le plus petit lagon confiné, Reka Reka est limité par le phosphore.

Le passage d’une limitation azotée à une limitation phosphorée résulte de la combinaison de 4 processus dont l’importance varie avec le volume, la profondeur et le confinement des lagons :

Le mécanisme explicatif général suivant est proposé :

Les eaux lagonaires peu profondes sont significativement enrichies en azote par la fixation d’azote moléculaire des cyanobactéries benthiques et par la diffusion d’azote en provenance du sédiment. Ce supplément d’azote stimule la croissance phytoplanctonique et crée une demande simultanée en phosphore. Etant donné le fort rapport N/P des flux en provenance du sédiment, ce phosphore doit venir de la colonne d’eau. En conséquence dans les petits lagons peu renouvelés, comme Reka Reka, les concentrations en P diminuent jusqu’à devenir limitantes pour le phytoplancton. Dans d’autres petits lagons, mais avec des ouvertures moyennes ou importantes, l’eau océanique renouvelle l’eau lagonaire en quelques heures ou jours. Les flux nutritifs du fond sont dilués par les énormes volumes d’eaux océaniques, elles mêmes limitées en azote. Dans les grands lagons plus profonds, les flux d’N d’origine benthique se diluent dans l’épaisse colonne d’eau et sont insuffisants pour soutenir la demande du phytoplancton. Le passage d’une limitation en azote à une limitation en phosphore dépend donc de l’importance des processus benthiques par rapport aux processus pélagiques. Elle reflète un confinement croissant lui même dépendant du degré d’ouverture de la couronne, de la profondeur et de la surface des lagons, en bref dépendant du type morphologique de l’atoll.

Dufour P., Andréfouët S., Charpy L. and Garcia N.  (2001) Atoll morphometry controls lagoon nutrient regime Limnology and Oceanography Vol. 46, No. 2 : 456-461