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BICOSE2: un condensé de biogéochimie

BICOSE2 : une campagne océanographique à bord du « Pourquoi Pas ? » pour étudier la biodiversité des grands fonds sur la dorsale médio-atlantique.

Du 27 janvier au 11 mars 2018, l’IFREMER pilote la campagne BICOSE2 en collaboration avec Sorbonne Université (ex-université Pierre et Marie Curie - UPMC), le MNHN et le MIO: Biodiversité, Interactions, Connectivité et Symbiose en milieux Extrêmes, à 3500 m, entre le froid des eaux profondes à 2° et le chaud des sources hydrothermales à 350°C.

Cette campagne BICOSE2 fait suite à une 1ère campagne réalisée en 2014 aux mêmes endroits. Il s’agit aujourd’hui de compléter les observations, d'étudier la diversité, le fonctionnement et l’évolution des systèmes symbiotiques entre les bactéries et les animaux qui les hébergent, de comprendre les capacités de dispersion et de colonisation des peuplements hydrothermaux, de mesurer les fluides hydrothermaux pour analyser sa composition chimique depuis son panache jusqu'à son mélange dans l’océan profond.

 

La campagne se déroule au milieu de l’Atlantique nord, sur les sites Snake Pit et TAG, au sommet de la dorsale médio-atlantique qui culmine ici aux alentours de 3500 m. Ces deux sites sont géologiquement isolés par une faille transformante, la zone de fracture de Kane, un véritable abîme de 6000 m de profondeur marquant le décalage de l’axe de la dorsale d’environ 150 km. 

Dorsales et construction des édifices hydrothermaux

Ces zones d’accrétion au niveau de la dorsale medio-atlantique, entre deux plaques tectoniques, sont des lieux agités soumis à des contraintes extensives qui créent des failles, des crevasses et des fissures. Dans ce réseau de crevasses, l’eau de mer pénètre profondément et au contact des roches en cours de refroidissement, elle s’échauffe, lessive les minéraux, se charge en éléments chimiques puis se transforme progressivement en un fluide de composition chimique très concentrée. Ce fluide hydrothermal chaud (350°C), acide (ph=4), riche en métaux et sulfures, est à l’origine de la construction de cheminées, parfois hautes de 20 à 30 m.

Des espèces exubérantes et endémiques

Dans cet environnement a priori hostile, loin de toute lumière solaire et soumis à des pressions importantes (350 bars à 3500 m, soit l’équivalent du poids d’un éléphant rapporté à la surface d’un ongle), des communautés animales exubérantes se développent telles des oasis des fonds des mers.

Ces communautés n’ont été découvertes qu’à la fin des années 70, après plus d’un siècle d’exploration des grands fonds marins. Pourtant, en 1960, après l’observation d’un poisson par le hublot d’un submersible à plus de 10 000 m dans la fosse des Mariannes, on a démontré que la vie n’a pas de limite en profondeur. Mais sachant aussi que ces peuplements épars et rares, sont totalement contraints par les apports de matière organique venue des couches supérieures (la neige marine), il paraissait inimaginable que des peuplements denses, autonomes, indépendants de la production photosynthétique, puissent exister.

Ici, en l’absence de lumière et de végétaux, des bactéries chimioautotrophes assurent la production primaire grâce aux composés chimiques issus du fluide hydrothermal : elles transforment l’hydrogène, le sulfure, le méthane ou le fer issu des fumeurs en matière organique.  Cette base du réseau trophique est exploitée par les communautés animales qui s’en nourrissent directement ou s’y associent étroitement sous forme de symbiose. Cette analogie avec les oasis des déserts terrestres n’a rien d’exagéré : la densité, la biomasse, la taille de ces animaux sont impressionnantes. Ces peuplements sont aussi très localisés sur des surfaces de 15 à 20 000 m², en raison du lien vital et étroit qui les attache à ces manifestations hydrothermales. Des obstacles géologiques a priori infranchissables, comme la zone de fracture de Kane, peuvent aussi contribuer à l’isolement définitif des populations. Ces capacités de dispersion réduites expliquent le fort taux d’endémisme trouvé chez ces espèces colonisant les sources hydrothermales. Pourtant, la même signature génétique de la crevette Rimicaris exoculata se retrouve sur toute la longueur de la dorsale. Le déplacement de ces animaux et de leurs larves est un point essentiel à comprendre pour expliquer la colonisation de ces habitats.

Instruments, prélèvements et questionnement

Depuis le départ de la campagne, plusieurs plongées du sous-marin Nautile ont déjà été effectuées pour récolter des échantillons de fluides et de spécimens, pour les analyser in-situ ou à bord du navire puis dans les laboratoires. Dans le cas de prélèvements biologiques, la conservation des échantillons est primordiale lors de la remontée, pour ne pas altérer les structures cellulaires sous l’effet de la décompression. 

Des procédés de fixation des échantillons in-situ des crevettes pour analyse de leur matériel génétique (ADN et ARN) ont été réalisées avec la FISH box afin d'étudier le fonctionnement de la symbiose entre cette crevette et ses bactéries. Des caissons pressurisés permettent de prélever et de remonter des spécimens vivants. Des crevettes à différents stades de vie ont été incubées avec des substrats marqués en carbone 14 pour étudier le transfert de matière organique depuis les bactéries vers la crevette.

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