Le grand bleu

La Journée mondiale des océans célébrées le 8 juin nous rappelle que les océans sont source de vie et qu'il est impératif d'en prendre soin. De la surveillance par satellite aux observations de la faune marine, en passant par l'état d'oxygénation des grandes eaux, trois océanographes de l'ULiège - Aïda Alvera Azcárate, Krishna Das et Marilaure Grégoire - se penchent sur leur santé. Avec inquiétude. Rencontres au pluriel.  

Nos activités, en tant qu’êtres humains, ont un impact sur les océans. L’eau, qui y est contenue, s’évapore dans l’atmosphère, revient sur terre sous forme de pluies, gonfle les rivières et les fleuves et s’en retourne d’où elle est venue. La protection des océans commence donc par celle de nos bassins hydrographiques. Inversement, la santé des océans influence la santé de la population marine et terrestre, et le système climatique mondial. La préserver est donc primordial. Car l’urgence est là. Les alertes climatiques et sanitaires clignotent au rouge. La pollution des océans, leur hausse de température et leur acidification augmentent, en silence mais avec des effets sur la santé et la viabilité planétaire. Le frein doit être enclenché avant que la limite irréversible ne soit atteinte.

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Aïda Alvera Azcárate, chercheuse en océanographie physique au sein du groupe GeoHydrodynamics and Environment Research de l’ULiège, s’intéresse à la température et aux couleurs de l’océan, qui changent au cours du temps. Depuis 20 ans, elle travaille à partir des données fournies par les satellites qui tournent en orbite autour de la Terre. « Pour chaque kilomètre de la surface de l’océan, j’ai une mesure. Le point de vue satellite est une source d’information très importante pour l’étude de l’océan. On regarde tout ce qui est inhérent à la masse d’eau : la température, la salinité, la concentration en chlorophylle, la hauteur, et les variations dues au temps et à l’espace. » Les satellites offrent une vue globale sur la qualité de la masse d’eau.

Dernièrement, la Nasa a lancé le satellite “Pace ” pour étudier les océans, l’air et le climat de la Terre. « Le satellite va regarder plus en détail la couleur de l’océan afin de déterminer les pigments de la surface et discerner ainsi les espèces de phytoplanctons qui s’y trouvent (et qui favorisent tel ou tel pigment), précise l’océanographe. De manière régulière, de nouvelles techniques, de nouveaux satellites sont mis en orbite. Ça avance, ça évolue. En Europe, la composante d’observation de la Terre du programme Space de l’Union Européenne (Copernicus) et l’ESA assurent aussi l’innovation en termes de nouvelles variables mesurées, pour mieux comprendre et mesurer l’océan. »

Parfois, la présence de nuages (qui couvrent 70 % de la surface de la Terre) empêche la mesure de variables. « Avec notre groupe, nous avons développé des techniques statistiques pour estimer la mesure cachée par les nuages. Cette technique nous permet d’améliorer la qualité des mesures pour étudier la variabilité de l’océan. À cette fin, on regarde l’historique d’une variable, comment elle évolue avec le temps. Quand une partie est couverte par les nuages, cet historique nous permet de pallier l’information manquante. Cette technique d’interpolation de données manquantes (DINEOF) est utilisée par une grande communauté de chercheurs au niveau international. Il s’agit d’un software open-source que tout le monde peut télécharger et utiliser ».

L’étude sur le long terme des pigments de chlorophylle dans la mer du Nord, par exemple, au cours des deux dernières décennies, montre des perturbations dans les saisons. « Nous avons observé les cycles printemps-été-automne-hiver, explicite la chercheuse. Comme sur Terre, tout redevient plus vert dans l’océan au printemps, on note des pics de chlorophylle qui redescendent au cours de l’année », souligne la chercheuse qui poursuit « Le printemps arrive de plus en plus tôt, et l’hiver se réduit. Le bloom printanier dans la mer du Nord arrive maintenant environ un mois plus tôt qu’il y a vingt ans ». Plusieurs facteurs, comme la hausse de température, la clarté de la colonne d’eau, la quantité de nutriments présents dans l’eau, entre autres, sont à l’origine de ce changement.

Comme sur le continent, « il y a de plus en plus de canicules marines, des périodes de chaleur extrêmes », dans toutes les mers du monde, en ce compris dans des régions froides comme l’océan Arctique, avec des conséquences visibles : une fuite d’espèces, une mortalité massive du corail et d’autres organismes marins… « L’écosystème habitué à des températures plus basses réagit mal à la chaleur. » La culture des moules, et son économie par exemple peuvent en souffrir. À l’été 2022, nous avons vécu, pendant plus de quatre mois, une canicule marine à la côte belge, avec des températures jusque 3 degrés plus chaudes que les normales de la saison. « C’est quelque chose qui nous préoccupe beaucoup, confie Aïda Alvera-Azcárate. L’océan est le thermostat du climat, il absorbe beaucoup de chaleur, qui peut être reconduite en profondeur avec la circulation marine, mais aussi retourner à l’atmosphère, avec des conséquences pour notre climat. » Ces événements extrêmes seront d’ailleurs au coeur du prochain colloque sur les océans organisés à l’ULiège.

L’OXYGÉNATION DIMINUE

Professeure en océanographie, Marilaure Grégoire travaille sur la modélisation des océans. « Mon mémoire de fin d’études essayait de représenter les océans à l’aide des mathématiques, explique-t-elle. Je me suis alors intéressée aux outils utilisés en physique pour représenter les cycles biogéochimiques (carbone, azote, phosphore, oxygène) et les vivants, ou encore à coupler les modèles de la physique avec des modèles de l’écosystème, dans le but de quantifier les processus océaniques et de les prédire. » D’autres avant elle avaient jeté les bases de cette méthode qu’elle a utilisée pour comprendre la mer Noire, objet de sa thèse. « Je ne plonge pas, je ne vais pas en labo, je fais tout sur ordinateur. »

Fondé en 2015, le groupe de recherche “Modelling for Aquatic Systems” de l’ULiège qu’elle dirige compte aujourd’hui 15 chercheur·es inséré·es dans les programmes de l’Union européenne, dont “Copernicus” qui collecte et restitue des données actualisées de manière continue sur l’état de la Terre. Pour le volet marin, « ce sont des prévisions de la physique et de la biogéochimie des mers européennes et de l’océan mondial qui sont délivrées chaque jour. C’est comme un service météo, mais pour l’océan. » Les données des plateformes ARGO et des satellites sont intégrées dans les modèles prévisionnels. Des résultats qui servent aux prises de décision ? « Dans le cadre du développement d’une Terre digitale, la Commission a souhaité rassembler les différents aspects de Copernicus (terre, mer, atmosphère, etc.) en une seule plateforme pour permettre aux utilisateurs d’avoir de l’état de la Terre une vision globale, à haute résolution et en trois dimensions. »

Outre la mer Noire, Marilaure Grégoire s’intéresse de plus en plus à “l’océan mondial”. Membre (et coprésidente pendant sept ans) du réseau international de l’Unesco “The Global Ocean Oxygen Network” (GO2NE), elle étudie la désoxygénation de l’océan. « En raison du changement climatique, les eaux deviennent plus chaudes, explique la professeure. Et, vu que l’océan se réchauffe, les couches d’eau sont de plus en plus stratifiées et se mélangent moins. Résultat, les mécanismes qui entraînent l’oxygène de la surface vers l’océan profond diminuent en intensité. Ce qui génère une perte d’oxygène dans l’océan, mettant en danger la biodiversité et la biochimie, et une mortalité accrue des êtres vivants (crustacés, poissons, etc.). »

Cette moindre oxygénation peut provoquer en outre l’émission de sulfide. « Les bactéries, privées d’oxygène, vont utiliser le sulfate et produire alors du sulfide toxique pour les êtres vivants. Celui-ci va remonter et se dégazer dans l’atmosphère. Parfois aussi, les bactéries vont utiliser du nitrate ou du CO₂ risquant alors de former du protoxyde d’azote (N₂O) et du méthane (CH₄), qui sont des gaz à effet de serre. » En conclusion, « la désoxygénation a un lien avec l’émission de substances toxiques comme le sulfide ainsi qu’avec la production de gaz à effet de serre ».

Comme si cela ne suffisait pas, les scientifiques remarquent une augmentation de l’eutrophisation des rivières, autrement dit « une aggravation de leur pollution,  ajoute la chercheuse. Celles-ci vont propager les fertilisants (nitrate, phosphate) vers la zone côtière, qui vont créer des floraisons. Cette grande quantité de matière organique, parce qu’elle est plus lourde, va se retrouver sur le fond et pourrir. En se dégradant, les bactéries vont respirer et consommer de l’oxygène. Quand le système est bien ventilé, l’oxygène de l’atmosphère brasse les eaux de fond et renouvelle l’oxygène consommé. Mais, en raison du réchauffement climatique, la quantité d’oxygène qui passe de l’atmosphère vers l’océan diminue car sa solubilité dans l’eau se restreint, et la ventilation des eaux est réduite parce qu’elles sont plus stratifiées : une colonne d’eau très légère (puisque très chaude) se mélange peu avec la colonne d’eau du dessous, plus lourde (puisque froide). »

La Pr Grégoire utilise ses modèles pour comprendre les mécanismes de désoxygénation et la biochimie de l’océan, et ainsi prédire « quand la désoxygénation sera critique ». Mais, d’une manière générale, « on voit que l’oxygène diminue de manière significative, avec une variation de l’habitat pour les espèces ».

La désoxygénation des océans est donc le résultat de la conjugaison du réchauffement climatique, de la moindre solubilité de l’oxygène, du changement de la circulation des eaux et de la pollution des rivières. Les chercheur·es tirent la sonnette d’alarme, car ils et elles savent que la diminution d’oxygène a provoqué, dans un passé lointain, trois extinctions massives. Le réseau GO2NE, qui réunit des expert·es de tous continents, « compare les taux de variation d’oxygène actuels avec ceux du passé qui ont conduit à des extinctions de la biodiversité. On sait que, si on passe au-dessus d’un certain seuil, on va mettre en péril l’habitabilité sur Terre et l’équilibre de tout le système, tant climatique qu’humain ».

LA FAUNE MARINE

Krishna Das, biologiste et océanographe, maître de recherche FNRS et professeure associée à l’ULiège, étudie la problématique de la pollution marine. « Je m’intéresse à la présence de différents polluants dans les réseaux trophiques marins (ndlr : l’ensemble des relations alimentaires entre espèces au sein d’un écosystème), jusqu’aux prédateurs, en ce compris les mammifères, les poissons et les oiseaux. Comment ces animaux accumulent-ils les polluants, sous quelles conditions, et quels sont les facteurs qui influencent cette accumulation ? », expose la chercheuse qui vient de publier un article avec ses collègues de l’université fédérale de Rio de Janeiro au Brésil. « Une jeune chercheuse brésilienne a profité de son séjour à l’ULiège pour collecter et analyser une série de polluants (dont les PFAS, en collaboration avec l’UAntwerpen) dans les plumes de plusieurs espèces d’oiseaux collectées en Antarctique. En fonction des espèces identifiées et de leur régime alimentaire, du fait que certains oiseaux ont de plus longues migrations que d’autres, leur concentration en polluants peut énormément varier. »

Krishna Das travaille notamment en mer du Nord, en collaboration avec l’université de Médecine vétérinaire d’Hanovre (TiHo, Allemagne) et la faculté de Médecine vétérinaire de l’ULiège. Elle s’intéresse à la présence et à l’accumulation de certains métaux, tels que le mercure, le nickel, le cobalt. Sans oublier les éléments issus des nouvelles technologies comme le lithium, par exemple, utilisé principalement pour les batteries.

Une à deux fois par an, des captures de phoques sont organisées (et autorisées) en mer du Nord (TiHo). « Une dizaine de phoques sont ainsi capturés, pesés, mesurés et mes collègues allemands réalisent des prélèvements de sang, de salive, de poils. Le but premier est de surveiller leur état de santé car ce sont notamment des “réservoirs” pour certains virus. J’en profite ensuite pour récupérer des échantillons de sang et de poils avec lesquels je peux faire des analyses de polluants. J’utilise des marqueurs écologiques, trophiques (isotopes stables du carbone, azote, souffre) pour déterminer leur alimentation. En fonction de leur régime alimentaire, en effet, les valeurs vont différer. Je peux ainsi savoir si ces phoques se nourrissent près des côtes ou plutôt au large, et déterminer l’impact de leur nourriture sur la présence de polluants. »

Les mêmes analyses sont réalisées sur les phoques de l’Arctique. « À cause de l’élévation de température de surface des océans, on observe une diminution de la superficie et de l’épaisseur de la glace sur laquelle vivent beaucoup d’animaux, ce qui a des impacts écologiques et toxicologiques visibles », souligne la chercheuse. En outre, le pergélisol – sol gelé en permanence – est en train de fondre. Or il contient « notamment du mercure naturel associé à la biomasse ainsi que du mercure relégué par les industries dans l’hémisphère Nord, amené par les courants atmosphériques. Dès lors, à cause du dérèglement climatique, nous craignons que le mercure capturé par ce sol gelé soit relargué et intègre les chaînes trophiques marines, avec des conséquences encore méconnues ».

Des conséquences pour les humains ? « On sait que le thon et l’espadon contiennent du mercure, reprend Krishna Das. Avec, parfois, chez les plus grands individus, des concentrations qui dépassent les normes européennes. C’est pourquoi il n’est pas recommandé aux futures mamans de consommer régulièrement du thon. » Car le méthylmercure (sous sa forme organique) est un composé neurotoxique et immunotoxique, qui peut affecter le système nerveux, la coordination des mouvements et le système immunitaire. « En mer, les conséquences sont encore difficiles à observer. Mais on se doute qu’au au-delà d’un certain seuil, ces concentrations en mercure sont potentiellement toxiques. Discussion complexe à nuancer parce qu’il existe toutefois des antidotes naturels à ce métal : le sélénium également présent chez les poissons. »

Dans son équipe, Thierry Jauniaux, professeur associé à l’ULiège, réalise les autopsies des animaux échoués sur les littoraux belges, français et hollandais, pour déterminer les causes de mortalité. « Je prélève une série de tissus : des poils, du lard, du foie, du muscle, des organes internes », explique celui qui a notamment réalisé l’autopsie de l’orque échoué sur le littoral belge avec des collègues de l’université de Gand. « L’analyse des échantillons a révélé la présence de mercure et de plomb, ainsi que celle de polluants organiques comme les pesticides. » Les orques sont gravement contaminés. Manifestement, ces grands prédateurs, situés au sommet du réseau trophique – ils consomment des poissons, des petits mammifères marins – souffrent « du phénomène de biomagnification, c’est-à-dire d’une grande concentration de polluants, résultat d’une pollution successive des organismes du bas vers le haut de la chaîne alimentaire. »

Les océans sont sources de vie pour les humains. Il est urgent d’en tirer toutes les conséquences. « Plusieurs millions de personnes dépendent de l’océan pour leur alimentation et l’apport de protéines. Or, le climat se dérègle à une rapidité sans précédent. Tout est interconnecté, les vagues de chaleur, la désoxygénation de l’océan, la pollution marine… Il est donc urgent de mieux utiliser les ressources, d’augmenter le nombre de zones marines protégées de la pêche, de veiller à une réelle épuration des eaux en amont », conclut Krishna Das.

Sans oublier jamais que pollution qui sévit en milieu marin a un effet boomerang sur la santé humaine.