Laboratoire d’Océanographie Physique et Biogéochimique
Accueil du site > SCIENCES POUR TOUS > Le Phytoplancton Marin et la Planète Terre
Le Phytoplancton Marin et la Planète Terre
par - 2 juin 2008
LE ROLE DU PHYTOPLANCTON MARIN DANS LE SYSTEME DE LA PLANETE TERRE
Bernard Quéguiner
Figure 1 : Evolution au cours de l’année de la concentration moyenne en chlorophylle a (marqueur de la présence du phytoplancton) dans les eaux de surface de l’océan - animation réalisée grâce aux données obtenues par le capteur satellital SeaWiFS (moyenne des données obtenues d’octobre 1997 à avril 2002).
Plus d’informations sur la couleur de l’océan...
Les recherches menées en biogéochimie marine visent notamment à connaître l’importance exacte du phytoplancton dans le contrôle du gaz carbonique atmosphérique, principal responsable de l’effet de serre et des modifications en cours du climat mondial. Quel est son rôle actuel ? Comment ce rôle peut-il être accru ou diminué en fonction de l’évolution de l’envrionnement planétaire ? Quels sont les processus qui contrôlent la biodiversité de ces producteurs primaires ? Telles sont les principales question auxquelles les scientifiques s’efforcent d’apporter des réponses.
Le phytoplancton est la source de matière organique qui va alimenter l’ensemble des réseaux trophiques, du zooplancton aux poissons et aux grands prédateurs comme les requins, les mammifères et les oiseaux marins. Les océanographes biogéochimistes ont pris l’habitude de distinguer plusieurs classes de taille parmi les microorganismes pélagiques, des plus petits (bactéries) jusqu’aux plus grands qui peuvent former des colonies parfois visibles à l’oeil nu.
Figure 2 : Les microorganismes aquatiques ou la vie à l’échelle d’une tête d’épingle…
illustration de Finlay, 2002.
Les classes de taille se basent sur la classification logarithmique décrite
dans le tableau suivant. Le phytoplancton sensu stricto est essentiellement présent à l’intérieur de trois classes de taille : le pico-, le nano- et le micro-plancton. Il cohabite donc dans un univers microscopique avec les bactéries et les protozoaires de petite
taille.
Figure 3 : Classes de taille dans le domaine pélagique (d’après Sieburth et al., 1978) - les différents compartiments sont représentés, des plus petits aux plus grands "organismes" par les virus, les bactéries, les algues, les protozoaires, les métazoaires ; ceux-ci sont soit planctoniques (du viro- au méta-zooplancton), c’est-à-dire transportés passivement par les courants marins, ou nectoniques, c’est-à-dire capables de mouvements propres par rapport au milieu (ex : Poissons, Mammifères marins, ...).
Des micro-organismes fort différents vont ainsi caractériser les grands écosystèmes océaniques. La plus grande partie de l’océan mondial est occupée par de vastes zones pauvres en éléments nutritifs —les écosystèmes oligotrophes — où dominent de très petits micro-organismes végétaux (le picophytoplancton), avec le groupe très particulier des cyanobactéries marines. Parmi celles-ci se trouvent les plus petits organismes végétaux vivant à la surface de notre planète, comme Prochlorococcus, petite cellule de 0,5 à 0,7 µm de diamètre, de structure semblable à une bactérie.
Figure 4 : Prochlorococcus en microscopie électronique en transmission. La cellule bactérienne, ici très agrandie, est entourée d’une paroi sous laquelle on distingue les thylakoïdes enroulés en couches successives et qui sont le siège de la photosynthèse (fixation du CO2 grâce à la lumière solaire). Illustration d’après les travux de Partensky et al., 1999.
D’autres cyanobactéries ont choisi de vivre en colonies. Certaines de ces dernières sont capables de puiser directement l’azote dont elles ont besoin à partir de l’azote moléculaire (N2) dissous dans les eaux, un processus appelé la diazotrophie. Ce processus est particulièrement important pour la survie dans les écosystèmes oligotrophes, caractérisés par une grande pauvreté des ressources minérales. Ces cyanobactéries filamenteuses vivent en colonies libres dans la masse d’eau (comme Trichodesmium) mais d’autres ont choisi un mode de vie paticulier et vivent en association étroite, peut-être symbiotique, avec des diatomées (c’est le cas de Richelia intracellularis, vivant à l’intérieur des frustules de la diatomée Rhizosolenia ou à l’extérieur, fixée sur les frustules d’une autre diatomée du genre Chaetoceros.
Figure 5 : Observations au microscope optique de cyanobactéries filamenteuses : Trichodesmium (à gauche) et Richelia intracellularis (à droite) - ©LOB/K. Leblanc
Lorsqu’on passe aux systèmes marins riches en éléments nutritifs —écosystèmes côtiers, zones de remontée d’eaux profondes encore appelées upwellings—, on constate une compétition entre des organismes phytoplanctoniques à paroi siliceuse (les diatomées) et d’autres à paroi calcifiée (les coccolithophoridés), ces derniers étant les principaux acteurs de la contre-pompe à carbonates.
Les diatomées ont, depuis l’invention du microscope, toujours fasciné les océanographes biologistes par la beauté de leurs formes. Ces micro-organismes ont la praticularité, unique chez des végétaux, d’être tributaires du silicium pour leur survie. Les cellules sont en effet recouvertes d’une paroi, parfois épaisse, de silice biogénique (ou opale —de formule chimique SiO2, n H2O), un véritable verre naturel qu’elles fabriquent à partir des sels dissous dans l’eau par
des mécanismes complexes de polyméisation contrôlée. Dans l’océan actuel cette classe d’algue fixe annuellement 26 milliards de tonnes de carbone par an, ce qui représente près de la moitié de la production de
matière organique des océans et près du quart de l’ensemble du carbone fixé à l’échelle de la planète Terre.
Figure 6 : Observations de diatomées en microscopie optique - ©LOB/L.K. Armand/K. Leblanc/N. Morata/B. Quéguiner/J. Mosseri
Qui contrôle qui dans ce monde microscopique ? L’aptitude des différentes espèces phytoplanctoniques à acquérir les éléments nutritifs indispensables est une des clés.
De plus, l’atmosphère, par le biais des apports éoliens, fournit parfois, dans les zones oligotrophes, une aide inattendue qui se traduit par des développements d’espèces phytoplanctoniques opportunistes ; celles-ci sont visibles depuis l’espace grçace aux satellites d’observation océanique. Les océanographes biologistes et biogéochimistes tentent de
percer les mystères des micro-organismes qui sont à la
base de la vie marine.
Quelques références bibliographiques :
Finlay
B.J., Global dispersal of free-living microbial eukaryote species,
Science, 296 (5570), 1061-1063, 2002.
Partensky F., Hess W.R., and Vaulot D., Prochlorococcus, a marine photosynthetic prokaryote of global significance, Microbiology and Molecular Biology Reviews, 63, 106-127,
1999.
Sieburth J.M., Smetacek V., and Lenz J., Pelagic ecosystem structure : heterotrophic compartments of the plankton and their relationship to plankton size-fractions, Limnology and Oceanography, 23, 1256-1263, 1978.
