Les particules organiques qui s'installent sur les fonds marins assurent2 reste verrouillé. Cependant, les substances naturelles en forme de gel ralentissent ce processus. De tels mécanismes à l'échelle microscopique jouent un rôle crucial dans l'amélioration des prévisions climatiques.
Les plongeurs connaissent la neige marine, les minuscules particules d'algues mortes et d'autres micro-organismes qui s'enfoncent lentement au fond de l'océan. Au total, l'énorme accumulation de particules organiques dépose plus de 50 gigatons de carbone au fond des océans chaque année.
Ce processus joue un rôle crucial pour le climat, car le carbone lié dans les particules reste sur le fond marin pendant des milliers d'années avant de refaire le resurfaçage sous forme de CO2. Par conséquent, il est important de comprendre ce qui arrive à ces particules pendant leur descente.
Un groupe de recherche dirigé par Roman Stocker explore ce sujet. L'équipe ETH travaille à l'intersection de diverses disciplines, notamment la microbiologie, la physique, les mathématiques, la microfluidique et l'océanographie.
Dans une étude publiée dans la revue Communications de la natureles chercheurs démontrent pour la première fois que les biogels naturels réduisent considérablement le taux de naufrage.
Plus la chute est rapide, moins2 émissions
« La vitesse à laquelle le puits de particules détermine la quantité de carbone retenue dans la mer », explique Stocker. En effet, la neige marine sert de source de nourriture pour les bactéries car elle descend lentement au fond de l'océan.
Tout le carbone métabolisé dans le processus se retrouve rapidement dans l'atmosphère en tant que CO2. Selon les calculs actuels, seulement environ 1% de la biomasse du naufrage atteint les fonds marins.
Jusqu'à récemment, les chercheurs pensaient que la neige marine coulait à des taux entre 10 et 100 mètres par jour. Mais l'équipe de Stocker a maintenant trouvé des preuves que certaines particules peuvent descendre encore plus lentement.
Les biogels – substances gélatineuses transparentes sécrétées par les bactéries, les algues et autres organismes vivants – en sont responsables. Ces gels ont diverses fonctions, de la protection des organismes contre les prédateurs à la capture des aliments, et dérivent souvent en grandes quantités à travers l'océan.
Une étude dans l'Atlantique près des Bermudes, par exemple, a trouvé jusqu'à deux milliards de particules de biogel par litre d'eau de mer. L'équipe de Stocker a proposé que ces gels soient enchevêtrés avec des particules organiques, réduisant leur vitesse en baisse.
Suivre une particule pendant des jours
Une seule particule ne peut pas être suivie en mer en plein air sur plusieurs jours. C'est pourquoi le chercheur postdoctoral Uria Alcolombri, maintenant professeur à l'Université hébraïque de Jérusalem, a développé un équipement de laboratoire unique: une colonne de verre de 20 centimètres de haut remplie d'eau de mer, contenant une seule particule suspendue au milieu.
Un débit d'eau contre-rotatif égalise le naufrage de la particule, garantissant qu'il reste au même endroit. La vitesse du contre-flux correspond au taux d'évier.
Les chercheurs ont utilisé cela pour simuler le naufrage d'une seule particule pendant plusieurs jours, à la fois avec Biogel et sans lui. Les fragments agrégés de la coquille de diatomées ont servi de particules. L'équipe a produit le Biogel lui-même à l'aide d'une bactérie marine.
Comme prévu, la substance en forme de gel a ralenti la descente de la particule. Cela l'a ralenti encore plus que prévu. En présence de Biogel, les particules sont tombées au sol près de 50% plus lentement.
« Nous avons été étonnés de la taille de l'effet », explique Stocker. Cela signifie que plus il y a de biogel, moins le carbone atteint le fond marin car les bactéries ont plus de temps pour métaboliser le carbone.
Cet effet de freinage découle de la faible densité des biogels. Lorsqu'elle est enchevêtrée avec des particules organiques, le gel agit comme une bouée, réduisant leur vitesse de naufrage. Il se propage également comme un parachute et forme des fils filamenteux, qui augmentent la traînée et ralentissent davantage le mouvement. L'équipe a confirmé ces dynamiques avec un modèle mathématique.
« Nous nous attendons à ce que ces processus se produisent de la même manière dans l'océan », explique Stocker. Cependant, il y aura une variabilité significative dans les mers ouvertes. Différents organismes dans différentes zones marines génèrent des quantités différentes de Biogel, qui diffèrent également en composition. « Nous essayons de mieux prédire cela avec nos modèles mathématiques. »
Selon Stocker, il est logique d'incorporer progressivement ces mécanismes dans les modèles de prévision climatique. « Il y a beaucoup plus de processus comme celui-ci qui se déroulent à très petite échelle. » Certains d'entre eux pourraient même avoir l'effet inverse, mais beaucoup trop en connu.
« Nous devons ouvrir cette boîte noire et découvrir en détail exactement ce qui se passe dans l'océan à l'échelle microscopique. »
