Les oligo-métaux vitaux, comme le fer ou le zinc, sont stockés dans les sédiments en mer profonde. Ils sont perdus pour la vie à la surface de la mer. C’est ce que pensaient les géochimistes à propos du cycle des micronutriments dans l’eau de mer. Des chercheurs de l’ETH Zurich ont découvert qu’il n’en était rien.
Les océans regorgent de vie. Des algues vertes microscopiques, appelées phytoplancton, y jouent un rôle important. Il ne s’épanouit que dans la zone supérieure de la mer, inondée de lumière. Tout comme les plantes terrestres, les algues vertes utilisent la lumière du soleil comme source d’énergie pour produire de la matière organique à partir du CO2 à l’aide de la photosynthèse pour leur croissance.
Le phytoplancton fixe ainsi autant de carbone que toutes les plantes terrestres réunies et joue donc un rôle important dans le système climatique. Comme les plantes terrestres, le phytoplancton a besoin, en plus du carbone, d’autres éléments vitaux pour se développer : l’azote et le phosphore par exemple, c’est-à-dire les éléments qui sont épandus dans les engrais sur les surfaces agricoles, ainsi que divers oligo-métaux comme le fer, le zinc ou le cuivre. Ces derniers ne sont toutefois disponibles qu’en petites quantités dans les eaux de surface.
La vie a besoin d’oligo-éléments
La recherche part du principe que c’est avant tout un processus biologique qui extrait ces métaux importants des couches d’eau baignées de lumière : Lorsque les algues meurent, elles tombent dans les couches d’eau plus profondes avec les oligo-éléments qu’elles ont absorbés. Là, les cellules des algues sont décomposées par des bactéries et les métaux sont à nouveau libérés dans l’eau de mer. Ainsi, les oligo-éléments dont le phytoplancton a besoin pour se développer et se reproduire manquent dans les eaux de surface inondées de lumière. Pour relancer le cycle de formation et de disparition, les oligo-éléments doivent toutefois remonter à la surface. On ne sait pas exactement comment cela se passe.
Dans une nouvelle étude, des géochimistes de l’EPF de Zurich dirigés par Derek Vance montrent qu’une grande partie des métaux dissous dans l’eau de mer sont rapidement et durablement éliminés de l’eau de mer - non pas par le processus biologique, mais par un autre : Les métaux traces sont intégrés dans des particules solides d’oxyde de manganèse. Celles-ci se détachent de l’eau de mer et descendent à travers toute la colonne d’eau jusqu’aux sédiments des fonds marins profonds.
Les réactions dans les sédiments libèrent les métaux
Mais ils ne sont pas perdus pour autant : les chercheurs de l’EPF ont également découvert que des réactions chimiques se produisent dans les pores des sédiments remplis d’eau de mer. Celles-ci libèrent les oligo-métaux des oxydes de manganèse solides. Le fer, le cuivre, le cobalt et d’autres éléments se diffusent alors dans les eaux profondes. Ces eaux, ainsi que les micronutriments, sont réintroduits dans les eaux de surface par la circulation océanique mondiale.
"Cette étude change notre vision de la chimie des océans et de ses effets sur la biologie marine et le climat", souligne Vance. Elle montre pour la première fois que ces micronutriments ne sont pas perdus de manière permanente et influence ainsi considérablement la recherche sur l’eau de mer et sur les nombreux éléments qui sont essentiels au fonctionnement de la biologie marine.
"Le phytoplancton est important pour le climat, car il prélève le CO2 dissous dans l’eau, l’intègre dans sa biomasse et le transporte en mer profonde. La teneur en CO2 de l’atmosphère reste ainsi inférieure à ce qu’elle serait sans ces minuscules algues", fait remarquer le professeur de l’ETH. On parle depuis longtemps de stimuler la croissance du phytoplancton en le fertilisant avec du fer ou d’autres substances nutritives. Cela permettrait d’extraire davantage de CO2 de l’atmosphère et de soulager ainsi le climat.
Mieux comprendre le climat
En fait, le taux de croissance du plancton végétal dépend en grande partie de la disponibilité des nutriments dissous et des oligo-éléments dans l’eau de mer, qui sont très rares dans la partie supérieure de l’océan, inondée de lumière. "Ce n’est qu’en comprenant comment ces éléments sont retirés de l’océan supérieur et y sont ramenés des profondeurs que nous pourrons tirer des conclusions pertinentes sur le climat passé, présent et futur de la Terre", conclut Vance.
Référence bibliographique
Du J, Haley BA, McManus J, Blaser P, Rickli J, Vance D : Abyssal sea floor as a key driver of ocean trace-metal biogeochemical cycles, Nature (2025), doi : 10.1038/s41586-025-09038-3
