CNRS LE JOURNAL, JUILLET 2025
L’océan recèle encore bien des mystères, tant sur son fonctionnement que sur celui des espèces qu’il abrite. Dans leur quête de connaissance, les scientifiques ciblent particulièrement les grands fonds marins, ultime terra incognita.
Quand on regarde un planisphère figurant l’ensemble des continents et des pays du monde, la réalité océanique de notre planète ne saute pas aux yeux. Et pourtant : les océans couvrent plus des deux tiers de la surface de la Terre, bien plus que l’ensemble des terres émergées ! la même carte, centrée cette fois-ci sur le Pacifique, ne figure d’ailleurs qu’une vaste étendue bleue… Sous la surface de cette immense étendue liquide, un univers en trois dimensions se déploie, qui nous demeure encore largement inconnu.
Il faut dire qu’avec une profondeur moyenne de 3 800 mètres (jusqu’à 11 000 mètres pour la célèbre fosse des Mariannes), l’océan constitue un environnement difficile d’accès pour les humains, en général, et pour les scientifiques, en particulier… Alors que les surfaces de la Lune et de Mars sont aujourd’hui entièrement cartographiées, un siècle de missions océanographiques n’ont fait qu’effleurer la complexité des mers de notre planète.
« À ce jour, moins de 20 % des fonds marins ont pu être cartographiés en détail, constate Marie-Anne Cambon, microbiologiste dans l’équipe Biologie, interactions et adaptations des organismes en milieu extrême (Biomex)1, à Brest. Les satellites sont incapables de voir au-delà de la surface de l’océan. Obtenir une représentation précise de la topographie sous-marine demande donc de recourir à des sondeurs acoustiques embarqués sur des navires qui progressent très lentement. »
Un seul océan, de nombreuses disparités
Sur ces étendues maritimes largement inexplorées, chaque campagne océanographique donne lieu à de nouvelles découvertes. En 2019, une expédition française révélait ainsi l’existence d’un volcan sous-marin situé à une cinquantaine de kilomètres à l’est de l’île de Mayotte. Plus récemment, quatre monts sous-marins, culminant de 1 à 2 kilomètres au-dessus du plancher océanique, étaient repérés au milieu du canal du Mozambique.
Grâce aux données collectées dans le cadre du projet Seabed 20302, visant à cartographier l’intégralité des fonds marins d’ici à cinq ans, ce sont plus de 19 000 nouveaux volcans sous-marins qui ont déjà pu être inventoriés à travers le monde. Objectif de Seabed : que tous les navires scientifiques, mais aussi les navires de commerce qui le peuvent, enregistrent ces données de bathymétrie(mesures de profondeur) lors de leurs trajets autour du globe.
« La concentration en oxygène dissous, notamment, varie énormément d’une zone à l’autre de l’océan, alerte Fabrizio D’Ortenzio, au Laboratoire d’océanographie de Villefranche3, à Villefranche-sur-Mer. Certaines zones, situées entre 200 et 1 000 mètres de profondeur, se caractérisent par des niveaux d’oxygène extrêmement bas. Dans certains cas, elles peuvent même devenir anoxiques, c’est-à-dire être totalement privées d’oxygène. Depuis quelques années, ces zones, dont l’évolution reste difficile à prévoir, ont tendance à s’étendre, ce qui est une mauvaise nouvelle pour les organismes marins qui dépendent de cet oxygène pour respirer. » En cause, le réchauffement climatique, des eaux plus chaudes ayant une moindre capacité à retenir l’oxygène.
Réservoir d’espèces
Encore sous-étudiés, du fait de leur difficulté d’accès, les écosystèmes marins pourraient être bien plus riches en espèces que les milieux terrestres, selon les scientifiques. « Un peu moins de 300 000 espèces marines ont été décrites à ce jour, précise Pierre-Marie Sarradin, directeur de l’unité Biologie et écologie des écosystèmes marins profonds4. Mais les modélisations nous indiquent qu’il pourrait y en avoir entre 1 et 10 millions. »
« Aujourd’hui, l’observation et la connaissance de l’océan progressent avant tout grâce aux avancées technologiques dont bénéficie la recherche océanographique », explique Fabrizio D’Ortenzio. Parmi cet arsenal : les satellites couleur de l’eau, capables notamment de détecter avec précision les zones plus riches en plancton, les planeurs sous-marins autonomes (gliders), les flotteurs profileurs à faible consommation d’énergie (type balises du programme Argo), les submersibles embarquant des humains, tel le Nautile, ou les engins pilotés depuis un navire de recherche…
C’est particulièrement vrai pour la connaissance des grands fonds marins, ces endroits considérés il y a encore cinquante ans comme des milieux plats et vides de toute vie. L’idée selon laquelle cette partie de l’océan ne serait qu’une vaste étendue désertique a volé en éclat un beau jour de février 1977, lorsque le submersible américain Alvin, le premier à s’enfoncer dans les profondeurs de l’océan, a permis la découverte des fumeurs noirs par 2 500 mètres de fond. À la stupéfaction des géologues partis explorer la dorsale des Galápagos, ces cheminées hydrothermales crachant de l’hydrogène sulfuré regorgeaient de vie : des centaines de vers géants en occupaient les pourtours. Depuis lors, l’exploration des grands fonds marins a abouti à la découverte de plusieurs centaines de sites hydrothermaux abritant un cortège d’espèces toutes plus intrigantes les unes que les autres.
Les grands fonds ou la vie de l’extrême
Au sommet d’un volcan sous-marin de la dorsale située au milieu de l’Atlantique, à 1 700 mètres de profondeur, Lucky Strike est parmi les plus étendus de ces étranges écosystèmes. D’une superficie de 1 kilomètre carré, ce champ hydrothermal, qui, à lui seul, concentre 25 cheminées actives d’où s’échappent des fluides dont la température atteint 320 °C, fait l’objet de nombreux projets de recherche.
« Les véhicules sous-marins autonomes et téléopérés dont nous disposons peuvent désormais évoluer jusqu’à 6 000 mètres de profondeur, et ce, durant des dizaines d’heures , se réjouit Pierre-Marie Sarradin. Cela nous permet de mener des expériences et de prélever des échantillons dans des zones longtemps demeurées inaccessibles. » Ces robots sous-marins se révèlent également indispensables à la mise en œuvre et à l’entretien d’observatoires sur le plancher océanique, seuls dispositifs pouvant aider les scientifiques à comprendre le fonctionnement en temps réel des écosystèmes profonds.
Des mécanismes inédits
Grâce à l’observatoire autonome Emso-Açores, installé sur le site en 2010, les scientifiques ont ainsi accès en continu à un ensemble de paramètres physico-chimiques (composition et température des fluides, pression, taux d’oxygène dissous, activité sismique, etc.) qui les aident à comprendre le fonctionnement de Lucky Strike et la manière dont il interagit avec le milieu marin environnant. L’installation a révélé des modes de fonctionnement inédits, dans ce milieu plongé dans l’obscurité la plus complète.
Faute de lumière, le phytoplancton, base de la chaîne alimentaire dans les couches supérieures de l’océan, est incapable d’y prospérer. Parce qu’ils ne peuvent compter sur cette précieuse source de nourriture, les organismes dits « extrémophiles », vivant à proximité des fumeurs noirs, ont développé des mécanismes inédits pour fabriquer la matière organique dont ils se nourrissent : s’allier à des micro-organismes transformant les substances chimiques contenues dans les fluides hydrothermaux en composés organiques. C’est par exemple le cas des moules abyssales du genre Bathymodiolus, qui hébergent dans leurs branchies deux espèces de bactéries symbiotiques. L’une de ces bactéries oxyde l’hydrogène sulfuré (H2S) émis par la cheminée hydrothermale, tandis que l’autre fait de même avec le méthane (CH4), fournissant au mollusque la précieuse matière organique.
Oasis de biodiversité
« Alors qu’on a longtemps pensé que le fond des océans n’était pas influencé par les marées, constate Pierre-Marie Sarradin, qui coordonne l’observatoire Emso-Açores, cette instrumentation in situ a permis de mettre en évidence un rythme biologique associé à la marée chez ces colonies de moules constituant 90 % de la biomasse présente sur ce champ hydrothermal. »
Si elle est riche en biomasse, la petite centaine d’écosystèmes hydrothermaux ayant déjà fait l’objet d’une exploration scientifique s’est, en revanche, révélée relativement pauvre en nombre d’espèces. à ce jour, à peine plus de 70 espèces ont été répertoriées sur l’ensemble des sites. Parmi elles figurent d’étranges organismes, tels la galathée yéti (Kiwa hirsuta), dite « crabe yéti », dont les pattes semblent recouvertes d’un épais duvet, ou le ver de Pompéi (Alvinella pompejana), dont la capacité à supporter les écarts extrêmes de température fascine les scientifiques : aux profondeurs auxquelles il vit, l’eau est à 2 °C, quand les fluides qui sortent des cheminées peuvent atteindre 350 °C…
Il en va autrement de la plaine abyssale constituant plus de 80 % du plancher océanique. Encore largement méconnue, cette vaste étendue d’apparence uniforme a révélé de véritables oasis de biodiversité, cachées dans les tous premiers centimètres de la couche de sédiments.
C’est tout particulièrement le cas des champs de nodules polymétalliques5 de la zone de fracture de Clarion-Clipperton, un territoire maritime de 9 millions de kilomètres carrés situé au cœur du Pacifique Nord que les scientifiques de la campagne océanographique Eden6 ont eu l’opportunité d’explorer pour la cinquième foisde mi-novembre 2024 à début janvier 2025.
L’exploitation minière en embuscade
Embarqués à bord de L’Atalante, l’un des navires de recherche de la Flotte océanographique française, les scientifiques ont échantillonné des champs de nodules polymétalliques de densité variable. Après un mois et demi passé en mer, l’équipe est parvenue à recueillir 140 prélèvements de sédiments et de nodules sur ces écosystèmes situés à plus de 4 000 mètres de profondeur.
« En appliquant sur chaque échantillon des méthodes de taxonomie classiques, telles que l’ADN environnemental, et d’autres plus avant-gardistes, comme l’imagerie couplée à l’intelligence artificielle, nous espérons parvenir à dresser un inventaire plus complet des espèces qui vivent sur les champs de nodules polymétalliques tout en déterminant leur rôle au sein de ces écosystèmes », explique Pierre-Antoine Dessandier, chercheur en biologie marine au sein de Biomex.
S’il faudra encore patienter quatre à cinq ans pour identifier tous les organismes collectés dans le cadre de ce vaste échantillonnage, la moisson s’annonce d’ores et déjà prometteuse. Sur les centaines d’espèces répertoriées dans les zones à nodules depuis le début des années 1980, près de 90 % n’avaient jamais été observées ailleurs.
« Dans une seule carotte de sédiments de 1 centimètre d’épaisseur, nous avons pu identifier jusqu’à 150 espèces appartenant à la méiofaune, soit des animaux dont la taille est comprise entre 0,03 et 1 millimètre, chacune de ces espèces étant parfois représentée par un ou deux spécimens seulement »,détaille Pierre-Antoine Dessandier.
Depuis peu, les champs de nodules polymétalliques de la zone Clarion-Clipperton attisent la convoitise du secteur de l’industrie minière en raison de leur concentration élevée en manganèse, nickel et cobalt7. Ces trois métaux se révèlent en effet indispensables à la fabrication des batteries de véhicules électriques et autres Smartphones ainsi qu’au développement des énergies vertes comme le photovoltaïque ou l’éolien.
Au-delà de la ressource économique
Ces concrétions minérales sont pourtant bien plus qu’une simple ressource économique. Parce qu’ils constituent les seuls supports solides de la plaine abyssale, les nodules polymétalliques servent aussi de point d’ancrage à des organismes comme les coraux d’eau froide, les éponges ou les anémones de mer. Ces animaux d’une grande beauté forment toutefois une toute petite fraction des organismes vivants qui peuplent les champs de nodules.
« L’écrasante majorité de la biodiversité est constituée d’espèces de très petite taille évoluant à l’interface entre ces petites structures géologiques et les sédiments meubles de la plaine abyssale », souligne Pierre-Antoine Dessandier. Parmi ces espèces figure une grande variété de nématodes, sortes de petits vers microscopiques, d’organismes unicellulaires tels que les foraminifères et de bactéries.
Si elle devait se concrétiser, l’exploitation à grande échelle des champs de nodules polymétalliques risquerait donc de provoquer la disparition de nombreux organismes dont une part importante nous est inconnue. Du fait de la mise en suspension des sédiments sur lesquels reposent les nodules, tous les organismes évoluant dans la colonne d’eau située au-dessus pourraient potentiellement être affectés par l’extraction de ces ressources.
L’impact du réchauffement planétaire
Bien d’autres dangers menacent le milieu marin, à commencer par le réchauffement climatique global. Lancé il y a un peu plus de vingt ans pour étudier l’impact de ce phénomène sur le fonctionnement de l’océan, le programme Argo mesure en continu la température et la salinité de l’eau de mer jusqu’à 2 000 mètres de profondeur grâce à 4 000 flotteurs autonomes dérivant au gré des courants marins.
D’autres types de flotteurs dits « BGC-Argo » (BioGeoChemical-Argo), plus récents, enregistrent un ensemble de paramètres biogéochimiques (quantité d’oxygène, de chlorophylle, de nitrate dans l’eau, lumière) avec un but précis : mieux comprendre l’évolution des écosystèmes marins dans le contexte du réchauffement planétaire.
« D’ici à 2030, une nouvelle génération d’instruments capables de descendre jusqu’à 6 000 mètres de profondeur viendra renforcer le réseau Argo, se réjouit Fabrizio D’Ortenzio, qui participe aux déploiements des flotteurs BGC-Argo pour la France. Ces nouveaux flotteurs pourront par exemple mesurer la quantité de zooplancton et de petits poissons présents dans le compartiment mésopélagique, compris entre 200 et 1 000 mètres de profondeur.Largement méconnue, cette “twilight zone” semble jouer un rôle fondamental dans l’alimentation d’un grand nombre d’espèces marines. »
Étudier le fonctionnement de l’océan n’implique pas forcément de prendre le large pour plusieurs semaines. Depuis le printemps 2023, un robot téléopéré depuis la terre ferme répondant au nom de BathyBot explore les fonds marins à seulement une quarantaine de kilomètres de Toulon, dans le Var. Évoluant par 2 400 mètres de fond, le robot scientifique aura dû patienter plus d’un an sur le plancher océanique du golfe du Lion avant d’être relié au câble assurant son alimentation électrique et le transfert des images captées par ses caméras.
Lumière sur la bioluminescence
« Outre la température, la salinité, la concentration en oxygène et le flux de particules atteignant le fond de la Méditerranée, BathyBot va analyser la bioluminescence environnante à l’aide d’une caméra hypersensible », précise Christian Tamburini, chercheur à l’Institut méditerranéen d’océanologie8, à Marseille, qui compte parmi les initiateurs de ce projet. Aucune lumière naturelle ne pénétrant au-delà de 100 à 200 mètres de profondeur, la plupart des organismes qui s’y trouvent ont recours à la bioluminescence pour se défendre, se nourrir ou se reproduire. Des bactéries aux poissons en passant par les méduses et les calamars, les trois quarts des animaux marins seraient ainsi capables de générer leur propre source de lumière.
Pour pouvoir détecter un maximum d’organismes bioluminescents, BathyBot dispose d’un récif artificiel aux allures de rampe de lancement. Cette structure en béton qui lui permet de prendre de la hauteur de façon à améliorer son champ de vision offre par ailleurs une large surface colonisable par des espèces sous-marines de toutes tailles. Conçu pour filmer son environnement en continu pendant dix ans, notre robot des profondeurs pourrait ainsi permettre d’enrichir considérablement le bestiaire de la mer Méditerranée.
De nombreuses zones d’ombre entourent encore le fonctionnement de l’océan et de ses écosystèmes, mais une chose est sûre : l’homme, s’il lui restera à jamais étranger, ne peut se passer du milieu marin. la moitié de l’oxygène que nous respirons provient en effet de l’océan, qui absorbe une grande part de nos émissions de CO2 et près de 90 % de la chaleur résultant des gaz à effet de serre d’origine anthropique. Plus de 3 milliards de personnes dépendent de la mer pour subvenir à leurs besoins alimentaires, que ce soit à travers la pêche ou l’aquaculture, et voient leur avenir menacé par les pollutions (plastique, métaux…), la surexploitation du milieu marin et le réchauffement des eaux.
« Mieux connaître l’océan permettra de mieux le protéger, veut croire Fabrizio D’Ortenzio, à l’unisson de toute la communauté scientifique dédiée au milieu marin. Plus que jamais, les recherches française et européenne ont tout leur rôle à jouer dans cette quête de connaissance. »
Notes
1. Unité CNRS/Ifremer/Université de Bretagne occidentale.
2. Voir https://tinyurl.com/seabed-2030(link is external)
3. Unité CNRS/Sorbonne Université.
4. BEEP, qui enveloppe Biomex (CNRS/Ifremer/Université de Bretagne occidentale).5.Nodules polymétalliques : concrétions minérales d’une dizaine de centimètres de diamètre qui se forment par précipitation des métaux dissous dans l’eau de mer, à raison de quelques millimètres par million d’années. C’est l’un des processus géologiques les plus lents de la planète.
6. Évaluation de la diversité et de l’environnement des zones à nodules. Voir https://tinyurl.com/nodules-ocean(link is external)
7. Selon les estimations de l’Autorité internationale des fonds marins, l’ensemble du territoire recèlerait sous forme de nodules polymétalliques 6 milliards de tonnes de manganèse, 270 millions de tonnes de nickel et 44 millions de tonnes de cobalt, soit plus que les réserves connues de ces trois minerais sur la Terre. Voir https://www.isa.org.jm(link is external)
8. Unité CNRS/IRD/Aix-Marseille Université/Université de Toulon.
Photo 1 : Plongeur explorant les fonds marins © Lillac / Shutterstock.com
Photo 2 : Centrée sur l’océan mondial, cette projection cartographique, inventée par l’océanographe sud-africain Athelstan Spilhaus, montre l’importance des étendues maritimes à la surface de la Terre. © Nasa / Scientific Visualization Studio, Michala Garrison, Mark SubbaRao, Ian Jones, Laurence Schuler ; data NOAA/NCEI
Photo 3 : Le Nautile, submersible scientifique français, est capable de plonger jusqu’à 6 000 mètres de profondeur avec trois personnes à son bord. © Cyril FRESILLON / MIO / Ifremer / CNRS Images
Photo 4 : Modélisation en 3D du champ hydrothermal Lucky Strike. Situé sur la dorsale médio-atlantique, il concentre 25 cheminées actives sur une superficie d’à peine 1 kilomètre carré. © Ifremer 2009
Photo 5 : Ces moules abyssales du genre Bathymodiolus, observées sur le site hydrothermal de Lucky Strike, s’allient à des bactéries pour utiliser les substances chimiques contenues dans les fluides hydrothermaux. © Ifremer 2005
Photo 6 : Parmi la faune des écosystèmes hydrothermaux, la galathée yéti (Kiwa hirsuta), est un crustacé découvert sur la dorsale Pacifique-Antarctique. © FIFIS Alexis, Ifremer (2005)
Photo 7 : Nodule de manganèse. Les nodules polymétalliques, riches en minéraux, attisent aujourd’hui la convoitise des industriels. © Bjorn WYLEZICH / Stock.adobe.com
Photo 8 : Champ de nodules polymétalliques de la zone de Clarion-Clipperton, dans le Pacifique Nord-Est, et éponge carnivore. Les plaines abyssales révèlent une biodiversité insoupçonnée. © Handout / National Oceanography Centre / Smartex project (NERC) / AFP
Photo 9 : Le Bathyreef est un récif artificiel déployé en Méditerranée par 2 500 mètres de fond et destiné à l’étude des organismes bioluminescents. © Dorian GUILLEMAIN / OSU Pythéas / CNRS Images
Photo 10 : Plancton bioluminescent. © Henley Spiers / Naturepl / EB Photo