Historique et état des connaissances en milieu abyssal

Le domaine profond qui s'étend de la base du talus continental jusqu'aux plus grandes profondeurs recouvre près de 307 millions de kilomètres carré, soit 80% de la superficie des fonds marins et près de 65% de la surface du globe. Il constitue, dans l'ensemble un milieu peu favorable au développement de la vie car les conditions extrêmes qui le caractérisent (pression hydrostatiques élevée, température constante et inférieures à 4°C, obscurité totale interdisant tout mécanisme de production photosynthétique, apports nutritifs limités à des déchets voire des cadavres, provenant de la zone de production en surface des océans et des continents), limitent considérablement le développement des êtres vivants. Or d'après des évaluations récentes c'est dans les sédiments océaniques profonds que la diversité spécifique est l'une des plus élevées. De plus, le paradigme d'une uniformité des conditions de vie a fortement évolué après la découverte des écosystèmes originaux basés sur la chimiosynthèse et associés aux sources hydrothermales sur les axes des dorsales (voir les sources hydrothermales), et aux sources de fluides froids dans les zones de marges (voir les fluides froids) Premiers témoignages de vie dans les grands fonds L'existence de faune marine au delà des zones éclairées est restée longtemps une énigme. La théorie d'Edward Forbes émise en 1848, démontrant que la faune se raréfiait de manière linéaire et qu'au delà de 600m il ne devrait plus y avoir d'organismes vivants, a perduré jusqu'aux premières grandes campagnes océanographiques. C'est pourtant en 1861, à l'occasion du relevage d'un câble télégraphique sous-marin endommagé, que le zoologiste français Milne Edwards annonça la découverte d'organismes fixés (madréporaires et vers annélides polychètes) qui s'étaient nécessairement développés à la profondeur du câble, par 1860m de profondeur. Passèrent également relativement inaperçue la découverte près des îles Lofoten, par 550m de profondeur, de divers animaux invertébrés et en particulier les premiers représentants des crinoïdes pédonculés (lys de mer) connus alors uniquement à l'état fossile. La première campagne océanographique effectuée en 1868 sous l'impulsion de Sir Thomson à bord du navire Porcupine réalisa, malgré l'absence de treuils à vapeur, de nombreux prélèvements et mesures jusqu'à 4456m de profondeur. Elle apporta le premier témoignage de l'existence d'une faune profonde riche et variée. Quelques années plus tard, durant la célèbre circumnavigation du voilier anglais Her Majesty Ship Challenger, de 1872 à 1876, une exploration de grande envergure des grand fonds avec près de 400 dragages permit de réunir l'une des plus grandes contributions à la connaissance zoologique des espèces abyssales et de proposer l'existence d'une distribution des espèces étagée selon un gradient bathymétrique jusqu'à 5500m de profondeur. La France, pris le relais des anglais en organisant l'exploration du golfe de Gascogne jusqu'aux Canaries à partir de 4 voyages des navires de la Marine Nationale le Travailleur et le Talisman, de 1880 à 1883. Perrier écrit en 1899: "Les conditions spéciales dans lesquelles vivent les animaux des régions abyssales de la mer sont très nettement empreintes sur leur organisme. Quelques années plus tard, le jeune Albert 1er, prince de Monaco, mit à la disposition des scientifiques français deux navires, l'Hirondelle et la Princesse Alice. Ce merveilleux voilier, équipé de treuil à vapeur, de machine à sonder, de laboratoires, d'un réfrigérateur, permit de chaluter par plus de 6000m de profondeur et de capturer pour la première fois, au moyen de nasses et d'appât, des crustacés nageurs (Amphipodes). Cet important programme d'exploration se traduisit notamment par une moisson d'espèces nouvelles décrites dans les ouvrages remarquablement illustrés de dessins d'une qualité exceptionnelle qui sont des documents de base consultés encore aujourd'hui comme référence dans les travaux de zoologie. Les débuts de l'écologie abyssale : existence d'une diversité spécifique élevée dans les grands fonds sédimentaires Il faut attendre la fin de la 2ème guerre mondiale pour reprendre avec des techniques nouvelles l'investigation de zones profondes. Si l'énigme sur les conditions limites de vie demeure, des approches plus quantitatives sont initiées. L'ultime réponse quant à la limite de la vie en profondeur est donnée en 1952 par un chalutage réussi à bord du navire suédois Galathea dans la fosse des Mariannes à plus de 10000 m de profondeur puis quelques années plus tard par les plongées des bathyscaphes Trieste et Archimède. Progressivement, les scientifiques tentent d'estimer la quantité de matière vivante et quelques données grossières et fragmentaires sont acquises à partir de prélèvement par benne : on estime la biomasse à 1 gramme par mètre carré. A la même époque le navire russe Vitiaz, commence un programme comparable d'échantillonnage quantitatif à l'aide de benne Okean. En France, un regain d'intérêt pour les recherches en domaine profond s'est manifesté dès la création en 1968 du CNEXO (Ifremer depuis 1984) avec la première équipe de biologie abyssale, embryon du département Environnement Profond actuel. Les campagnes organisées à bord du navire Jean Charcot s'inspirent des méthodes de prélèvements par dragage développées aux Etats-Unis par Sanders. Puis l'utilisation pendant une même campagne et sur les mêmes sites de prospection de toutes les catégories d'engins de prélèvement permettent d'obtenir l'ensemble des catégories dimensionnelles de faune et les premières données globales sur l'abondance et la richesse spécifique des peuplements en domaine profond. Le véritable renouvellement des idées provient d'une recherche, menée en 1969 au large de la côte Est des Etats Unis, qui a mis en évidence l'existence d'une diversité spécifique élevée et l'importance numérique de la faune de petite taille. La diversité élevée de cette faune de petite taille est d'abord expliquée par la stabilité temporelle qui règne dans ces profondeurs et progressivement par la diversité de microhabitats. On estime aujourd'hui à près de 10 millions le nombre vraisemblable d'espèces benthiques à partir d'une extrapolation d'une étude de la macrofaune (faune supérieure à 250 microns) menée entre 1500 m et 2500 m sur la pente continentale nord ouest atlantique. Fonctionnement des écosystèmes profonds L'existence et l'importance de l'activité biologique au niveau des fonds sont liées, à l'exception des zones d'émissions de fluides hydrothermaux sur les dorsales océaniques et de fluides froids sur les marges, à la variabilité de la production organique en zone photique (éclairée) et à la transformation de la matière organique qui arrive sous forme de détritus dans l'écosystème abyssal. Dans quelques zones océaniques de l'Atlantique et du Pacifique des mesures de flux de carbone arrivant au fond sous forme de particules ont été obtenues à partir de mouillages de plusieurs mois de pièges à particules, techniques développées à partir de 1980. Ce flux de particules qui détermine en majeure partie la production animale benthique varie selon les zones et périodes de l'année entre 7 à 45 grammes/mètre carré/an et de 0.5 à 2 grammes de carbone organique /mètre carré/an à l'exception des zones d'upwelling et des zones polaires. La biomasse benthique généralement faible (de quelques milligrammes à quelques grammes par mètre carré), dépend principalement des apports organiques de surface sous forme de particules plus ou moins dégradées au cours de leur chute (vitesse moyenne 200 mètres/jour). Le flux de carbone organique est plus ou moins affecté par des variations climatiques et saisonnières. Après le bloom planctonique de surface une arrivée subite de phytodétritus a pu être observée. L'activité biologique longtemps considérée comme négligeable, est en fait fortement liée à des apports nutritifs subits qui peuvent engendrer une prolifération des bactéries et des peuplements d'invertébrés opportunistes. La poursuite des objectifs scientifiques dépend avant tout de l'état de développement des outils à la mer. Aujourd'hui, des progrès technologiques permettent d'approfondir l'étude des écosystèmes en tenant compte de la diversité spécifique et trophique, de la répartition spatiale des peuplements et d'identifier certains processus biologiques indispensables pour expliquer leur fonctionnement. Les biologistes disposent aujourd'hui de moyens pour prélever le sédiment superficiel avec un minimum de perturbation à l'aide de carottiers grande surface (50 centimètre carré), de carottiers multitubes. En outre, le développement et la mise en oeuvre de submersibles et d'engins autonomes d'observation de mesure et d'expérimentation permettent aujourd'hui d'aborder l'étude in situ de processus biologiques. Une meilleure connaissance de l'organisation et du fonctionnement des écosystèmes profonds est aujourd'hui une nécessité. En effet, inexploité et inutilisé par l'homme depuis toujours, le milieu abyssal est, dans le monde moderne, le lieu d'activités industrielles. Les études d'impact ne sont plus aujourd'hui limitées au plateau continental et concernent également les marges et les bassins océaniques profonds. De plus, l'activité biologique est responsable de la transformation et des échanges biogéochimiques à l'interface eau-sédiment, elle joue un rôle dans l'équilibre chimique de l'océan. Elle ne peut être déterminée de manière globale sans considération de la variation spatiale et temporelle des peuplements benthiques et des divers processus biologiques. D'après Sibuet 1992 dans la revue Apnea

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