Les sources hydrothermales

Voici moins d'une quinzaine d'année, les océanographes s'estimaient en mesure d'établir un modèle définitif de la structure et du fonctionnement de l'écosystème abyssal. On peut en résumer les grands traits. La faune y était d'abord variée. Elle comprenait de nombreux types originaux et anciens par rapport aux formes littorales. Ces animaux formaient ensuite des peuplements misérables. Ils étaient fortement contraints par l'absence de toute production locale de matière organique et par la faiblesse extrême des apports provenant de la surface. On pensait enfin que coexistaient dans ce système deux groupes trophiques principaux. Chacun exploitait une des deux catégories de particules venues de la surface. Cette théorie, il faut la dire, s'appuyait sur des arguments factuels importants, notamment sur les premières mesures du flux de carbone organique parvenant au fond. Qu'il ait pu dès lors exister dans l'océan profond des peuplements indépendants de la production photosynthétique de surface était proprement inimaginable. Il fallut pourtant bien se rendre à l'évidence : ce modèle qu'on croyait définitif était, sinon faux, du moins bien incomplet. Quelle évidence ? 1977 : Quelques plongées du submersible américain Alvin sur la dorsale des Galápagos révèlent pour la première fois la présence, par 2 500 m de fond, de communautés animales exubérantes d'un type nouveau. Elles sont installées à proximité de sorties de fluide hydrothermal tiède (15 à 20°C ; la température à cette profondeur est de 2°C). Surpris par cette richesse biologique, les premiers observateurs, géologues et géochimistes, baptisent ces sites de noms évocateurs : le jardin du Paradis, la roseraie, le four aux coquillages, le banc de moules... 1978 : Le submersible français Cyana explore une portion de la dorsale du Pacifique oriental, par 21°N et 2 600 m de profondeur. Là, à quelque distance d'édifices de sulfures polymétalliques massifs en forme de hautes termitières, on découvre de vastes étendues couvertes de coquilles mortes. Elles appartiennent à une espèce nouvelle trouvée aux Galápagos Calyptogena magnifica... 1979 : À quelques kilomètres de ces cimetières, le submersible Alvin découvre des cheminées actives desquelles s'échappent des volutes noires d'un fluide. Ces volutes sont appelées "black smokers" par les géologues américains. Quant au fluide, il est chargé de sulfures de métaux et sa température est de 350°C. 1982 : Des équipes françaises découvrent de nouveaux sites hydrothermaux à 11-13°N sur la dorsale du Pacifique oriental... 1983 : Explorant la dorsale de Juan de Fuca, des chercheurs canadiens y observent des peuplements dont la composition zoologique est très originale ; la même année, des Américains étudient, dans le golfe de Californie, un site hydrothermal édifié en milieu sédimentaire... 1985 : Une équipe américaine découvre des sites hydrothermaux sur la dorsale médio-Atlantique, par 26°N... 1986 : Une autre équipe américaine identifie des sources hydrothermales dans le bassin de Manus, à proximité de la Nouvelle-Bretagne, île proche de la Nouvelle-Guinée... 1987 : L'Alvin, encore lui, explore le bassin arrière-arc des Marianes. 1989 : Des équipes plurinationale, française, japonaise et allemande découvrent des peuplements hydrothermaux dans le bassin de Tonga et le bassin Nord-Fidji... Bien que cette aventure scientifique soit fort récente, elle s'est développée à un tel rythme qu'on peut d'ores et déjà dégager quelques conclusions écologiques de portée générale : - Des communautés animales exubérantes, constituées d'espèces de grande taille, souvent inconnues, s'installent à proximité immédiate des sources hydrothermales à moyenne et haute température qui existent dans des environnements géologiques différents : rides océaniques à taux d'expansion lent, moyen ou élevé, bassins d'extension arrière-arc insulaire, en milieu rocheux ou sédimentaire. - Cette faune comprend une majorité d'espèces nouvelles pour la science. Elles appartiennent à des taxons nouveaux, depuis le genre jusqu'à l'embranchement. La proportion de fossiles vivants est élevée. Par rapport à l'océan profond ordinaire, les biomasses des peuplements hydrothermaux sont extrêmement importantes, bien que les surfaces qu'ils occupent soient très réduites. - Les communautés hydrothermales sont distribuées en auréoles plus ou moins régulières autour des points de sortie des fluides. Cette disposition et l'existence de véritables cimetières de coquilles vides de bivalves à proximité d'évents taris témoignent de la force du lien qui unit ces peuplements aux écoulements de fluides. De fait, tous tirent leur énergie de la circulation hydrothermale. A l'axe des dorsales océaniques, le fluide hydrothermal se déverse à la surface de la croûte océanique. De l'eau de mer circule donc à travers le réseau de fissures qui s'étend en profondeur dans la masse du magma en cours de refroidissement. Lors de cette circulation, l'eau de mer vient au contact du basalte porté à 600, 800°C. Il intervient alors des réactions géochimiques complexes qui produisent le liquide hydrothermal : anoxique (sans oxygène), il est aussi dépourvu de sulfates et de magnésium, fortement acide et riche en sulfures de métaux. Selon la dilution qu'il subit avant de s'écouler dans l'eau de mer, sa teneur en hydrogène sulfuré varie de 1 à 8,5 mmol/kg dans des sources hydrothermales. Du méthane est également présent. De fortes concentrations de sulfures de métaux et autres éléments des fluides hydrothermaux se retrouvent dans les tissus animaux. Ces découvertes soulevèrent beaucoup de questions : - Comment expliquer une telle concentration de matière vivante ? (les biomasses pouvant atteindre 50 à 100 kilos/mètre carré sur de petite surface). - Comment ces organismes peuvent-ils vivre dans un milieu à priori aussi hostile ? DES BACTERIES POUR SURVIVRE. A l'intérieur des cellules de tissus de divers Invertébrés, on a découvert des bactéries chimiotrophes. Celles-ci, utilisant l'énergie libérée par la transformation chimique de certains composés du fluide hydrothermal, en particulier l'hydrogène sulfuré, peuvent synthétiser les premières molécules organiques à partir du gaz carbonique et des sels nutritifs. La physiologie de ces Invertébrés est parfaitement adaptée aux fonctions à remplir. Le plus bel exemple de cette symbiose quasi-parfaite est le grand vestimentifère tubicole Riftia pachyptila décrit en 1985. Mais ces bactéries chimiosynthétiques sont également présentes parmi les Mollusques : chez les grands bivalves du genre Calyptogena, les bactéries sont logées dans des cellules de la branchie ; chez les grands gastéropodes du Pacifique occidental tel Alviniconcha hessleri, on les retrouve dans les cellules du manteau. Dans le cas d'Alvinella, annélide polychète qui habite à proximité des sorties de fluide hydrothermal à haute température, des bactéries régulièrement insérées sur sa cuticule épidermique contribuent à son alimentation en libérant dans son tube des substances organiques. Cette symbiose est à la base de l'écosystème hydrothermal. C'est elle qui produit la matière organique indispensable au reste du peuplement. Les autres espèces vivent aux dépens de ces organismes producteurs. Les animaux carnivores, poissons et crustacés, broutent les panaches des Riftia ou s'attaquent aux grands mollusques. Grâce à leur système tentaculaire, les détritivores collectent les particules de petite taille. Dans l'Atlantique, des crevettes du genre Rimicaris se nourrissent directement des tapis bactériens développés sur les diffuseurs et les laves basaltiques. Les dorsales océaniques totalisent plus de soixante mille kilomètres de longueur, et l'on peut s'attendre à y découvrir d'autres types de peuplements. Diverses espèces de Calyptogena, habitant les sédiments des fosses de subduction du Japon, possèdent, elles aussi, des bactéries chimiosynthétiques dans les tissus de leurs filaments branchiaux. Pour synthétiser de la matière organique, ces bactéries utilisent l'hydrogène sulfuré produit par d'autres qui vivent à la surface des sédiments. Ces sédiments sont désoxygénés par l'écoulement des fluides interstitiels. Ainsi, unique exemple sur notre planète, ces communautés animales fondées sur la symbiose entre les bactéries chimiosynthétiques et quelques Invertébrés mènent une vie autonome, totalement indépendante du soleil et de la photosynthèse. Que le soleil vienne à disparaître, elles seraient seules à survivre, au moins tant que la Terre ne serait pas complètement refroidie. On conçoit la portée de ces découvertes, qui posent également des questions sur l'origine de la vie : les sources hydrothermales constituent un environnement remarquable, qui n'a pas fondamentalement varié au cours des 3,7 milliards d'années qui nous séparent de la formation de l'océan primitif. Ces sources offrent une multiplicité de gradients physico-chimiques, et représentent aujourd'hui le meilleur exemple de laboratoire naturel, protégé de l'agressivité des rayonnements ultraviolets par l'épaisseur de l'océan. Or, on a trouvé dans les fluides hydrothermaux de nombreuses archaébactéries libres, dont certaines capables de supporter des températures de 110 à 120°C, sont sans doute proches des premiers micro-organismes apparus, il y a plus de 3,7 milliards d'années, dans l'océan primitif. D'après L.Laubier,1991, Science et vie

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