L'écosystème abyssal: Comment ça marche?

Après avoir abordé le coté historique de la recherche sur l'écosystème abyssal, nous allons voir plus en profondeur (hum!) les mécanismes qui régissent cet écosystème.

Comme nous l'avons vu dans l'article précédent, la découverte de la vie abyssale est relativement récente! On pourrait presque qualifier de hasard ce qui a permis de la découvrir... en effet, la vie n'est pas omniprésente. Bien au contraire, elle se concentre en certains points où elle foisonne d'une diversité à peine effleurée. Ces havres de vie sont caractérisés par une grande disponibilité en nourriture et minéraux. L'approvisionnement minéral est le centre de l'attention car il est bien entendu la base de tout. Celle-ci est assumée par des phénomènes hydrothermaux résultant de l'activité volcanique: les diffuseurs blancs et les fumeurs noirs (évoqués dans l'article précédent).

Fumeur noir entouré de vers "alvinella".

Diffuseurs blancs

Avant d'en expliquer le fonctionnement, il nous faut examiner le contexte géologique: La surface de la terre est constituée d'un nombre réduit de grandes plaques se déplaçant constamment les unes par rapport aux autres. Les plaques constituées de croûte océanique jeune peuvent supporter, du fait de la différence de densité des matériaux, les continents.
Lorsque deux plaques se rapprochent l'une par rapport à l'autre, la plaque océanique, plus lourde s'enfonce sous la plaque continentale et regagne progressivement le manteau où elle disparaît. Cependant le cas qui nous intéresse est le cas où deux plaques océaniques s'écartent l'une de l'autre. Ce phénomène d'accrétion a pour conséquence une remontée de matière provenant du manteau et une création de croûte océanique.
Ce processus est révélé par la hauteur du plancher océanique. Les zones d'accrétion caractérisées par la présence de matériel chaud sont plus élevées et forment les dorsales océaniques. Le magma qui monte vers la surface est dilaté et donc moins dense: ceci a pour première conséquence une faible profondeur des dorsales (2000m et 4000m). Le refroidissement de la lave excrétée de la croûte en pillow-lava et les nombreuses contraintes tectoniques (surtout d'extension) provoquent la formation de multitudes de fractures celles-ci ayant un rôle considérable dans le fonctionnement des sources hydrothermales.

Sites où l'on trouve de l'hydrothermalisme dans le monde

Les fonctionnements des fumeurs noirs et diffuseurs blancs:

Dans ces zones où nous avons vu que la fracturation était intense, l'eau de mer (froide 2°C) percole lentement dans la croûte par l'intermédiaire de ces fissures, sans toutefois pénétrer dans la chambre magmatique sous-jacente. A proximité de la chambre magmatique, elle est vaporisée et remonte vers le plancher océanique à cause des conditions de pression et de température. Elle est alors expulsée à une vitesse de 1 à 2 mètres par seconde et à une température de 300 à 400°C.

Pendant l'infiltration et surtout pendant la remontée se produisent des phénomènes de dissolution chimique dus aux modifications des équilibres thermodynamiques. Il en résulte que le fluide éjecté est chargé en de nombreux composés tels que sulfures de fer, de cuivre, de zinc. Une petite partie de ceux-ci passe en solution dans l'eau de mer, tandis que la plus grande partie subit un choc thermique au contact de l'eau froide, et précipite en anneaux autour de la zone d'éjection. C'est ainsi que sont formés les Fumeurs Noirs.

Remarque: A ces profondeurs, la pression est telle que l'eau reste liquide même à une température de 200 à 300°C.

On notera néanmoins l'existence d'autres sources hydrothermales que l'on appelle Diffuseurs Blancs ou "boules de neige" à cause des petits vers blancs qui les colonisent. Celles-ci diffusent un fluide blanchâtre et à une température d'une vingtaine de degrés. Ce refroidissement est dû à la rencontre dans la croûte océanique des eaux descendantes froides et du fluide hydrothermal ascendant chaud. Ceci a pour conséquence le refroidissement du fluide mais aussi la précipitation des minéraux dans la croûte d'où la "pureté" du fluide rejeté .
En conclusion on estime qu'environ un tiers de la chaleur produite par la création de nouvelle lithosphère est absorbée dans la circulation hydrothermale et qu'environ 500.000 millions de tonnes d'eau de mer circulent par an dans la croûte océanique. Toute la masse des océans y serait recyclée en 8 millions d'années. Ces eaux hydrothermales joueraient ainsi un rôle fondamentale d'échangeur thermique et géochimique entre le manteau et l'écorce terrestre.

C'est dans ces conditions précises que peuvent se développer les oasis de vie dans les profondeurs abyssales. C'est ce qui sera développé dans le 3e et dernier article consacré à ce sujet!

Sources:
- Travail personnel de 2005

Voici le 3e et dernier article consacré aux écosystèmes abyssaux!
J'espère que le sujet ainsi présenté vous aura plus.


A la découverte des Jardins du Paradis:



Si on replace les choses chronologiquement, ce sont les écosystèmes abyssaux en fait, qui ont permis la découverte des sources hydrothermales en 1979. Cette faune ainsi mise au jour allait bouleverser l’un des dogmes les plus sacrés de la biologie : L’origine de la vie. Ce fut l’une des découvertes les plus spectaculaires dans le domaine de la biologie marine. Il est important de signaler qu’il y a une vingtaine d’années la zone abyssale était considérée comme étant quasi désertique. Les biologistes marins évaluaient alors la biomasse entre 0.1 et 10 kg /m² alors qu’aujourd’hui elle est estimée entre 50 et 100 kg/m² sur des sites hydrothermaux.
Ces scientifiques ont alors baptisé ces écosystèmes de différents noms exprimant leur émerveillement à la vue de cette faune florissante (La roseraie, le jardin du paradis, le jardin des roses...) Une interrogation subsiste cependant pour vous lecteur : De quoi est composé cet écosystème et comment une telle diversité existe-t-elle dans des conditions si hostiles à la vie (200 à 300 bars de pression)?

Cet écosystème se développe de façon concentrique autour des cheminées : Fumeurs Noirs (haute température ) et Diffuseurs Blancs (moyenne température). La quasi-totalité de cette population animale s’installe dans une eau environnant les 15°C. Pourtant certaines espèces comme les vers géants Riftia Pachyptila et Alvinella Pompejana s’installent sur et dans les parois des cheminées, ceci est dû à leur résistance à des températures pouvant aller jusqu'à 100°C. Ces peuplements sont étonnants de diversité et les individus qui les composent sont de grandes tailles. Parmi ceux-ci nous pouvons compter des anémones (actinies), des éponges de mer, des poissons (directement sortie de film d’horreur) ressemblant pour certains à nos anguilles, des crustacés (petites crevettes, crabes), des galathés (hybrides entre le crabe et la langouste), mais les populations les plus impressionnantes sont les colonies de vers tubicoles (Riftia Pachyptila et Alvinella Pompejana).


Poisson vipère


Poisson ogre


"Anglerfish"


Anémone


Vers alvinella


Coquillages divers et petits crustacés

Ces oasis de vie sont évidemment sédentaires car ils dépendent directement de l’activité hydrothermale, c'est à dire que leur ² nourriture² provient des fluides hydrothermaux .
Néanmoins on est donc en droit de se demander comment tant de sites ont été colonisés. En fait, ces communautés animales sont très prolifiques et donc leurs nombreuses larves se sont éparpillées dans les fonds océaniques par le biais des courants marins. Cependant la plus grande partie de ces larves ne parviendront jamais à atteindre de nouveaux sites hydrothermaux et mourront. Ce moyen de repopulation des sites est vital pour la survie des différents espèces.
En l’espace d’une vingtaine d’années les sites répertoriés sont passés d’une dizaine à une centaine. Ils sont répartis dans les trois océans principaux (Pacifique, Atlantique et Indien). Le plus fréquemment, ils sont associés à une activité magmatique profonde comme nous avons pu le voir précédemment. Les peuplements de ces oasis diffèrent d’un site à un autre malgré tout, ceux-ci sont fondamentalement identiques quant à leur organisation.
Le système de survie de ces communautés est resté pendant un certain temps, un mystère. Puis très rapidement, les biologistes se sont rendu compte que cette vie ne dépendait nullement de la photosynthèse mais de la chimiosynthèse. Cette découverte a très vite bouleversé tous les principes établis pendant ces dernières années sur l'origine de la vie.

La chimiosynthèse:

Pour les communautés animales connues et pour les hommes ces conditions de vie seraient insupportables. Ce mystère a donc été mis à jour lors d’études portées sur les vers tubicoles, les bivalves.
Pour les vers tubicoles, les intestins et le tube digestif sont remplacés par un organe appelé trophosome. Cet organe sert d’habitat pour un certain type de bactéries. En fait ces bactéries sont le vecteur du phénomène de la chimiosynthèse.
Les fluides hydrothermaux rejetés par les fumeurs sont chargés en molécules d’hydrogène sulfuré et de gaz carbonique… Le principe consiste en la séparation de ces molécules de l’eau et à leur captation par le panache (branchies) rouge vif à l’extrémité des tubes.



Une fois ces molécules capturées, elles sont apportées aux bactéries par le biais d’hémoglobine différentes de l’hémoglobine de l’homme. Effectivement à la surface de la terre l’hémoglobine ne capte que l’oxygène. Il faut donc savoir que si l’hydrogène sulfuré était aussi concentré dans le milieu continental ces molécules prendraient la place des molécules d’oxygène ce qui auraient pour conséquence la mort des différents individus. Or ici, ce type d’hémoglobine contient des sites capables de fixer en les dissociant le sulfure d’hydrogène, l’oxygène ainsi le gaz carbonique. Ces molécules une fois apportées aux bactéries situées dans le trophosome sont transformées en nutriments (hydrate de carbone), nécessaires à la vie des vers.
Le même mécanisme existe chez les bivalves où l’organe logeant les bactéries est appelé syphon. Pour les autres espèces nous parlerons de prédateurs car ils se nourrissent de la matière organique libérée par la dégradation des différents animaux existants.


La découverte de ces mécanismes permettant la vie dans un univers où jamais l'être humain n'avait cru la vie possible a, comme il a été dit plus haut, totalement boulversé les conceptions.
A présent, qu'est-ce qui pourrait empêcher la vie sur une autre planète, quand bien même les conditions seraient radicalement différentes de celles qui nous permettent à nous de vivre?
Nous étions alors toujours basés sur le pré-conçu "sans oxygène, pas de vie"... et là nous découvrons une vie basée sur la chimie des sulfures, véritables poisons pour nous! Mais après tout, regardez donc les bactéries anaérobies, méthanifères... Nous sommes entourés d'êtres utilisant une toute autre forme d'énergie que la nôtre!


Petit ajout:

Ainsi que vous le savez peut-être, certains animaux des profondeurs ont développé la capacité de dégager de la lumière. Il s'agit du phénomène de bioluminescence. Il s'agit d'une réaction chimique entre une substance, la lucifèrine, (de lucifer = lux feris = le porteur de lumière ) et une enzyme : la lucifèrase. Ces deux éléments sont contenus dans des organes spécialisés: les photophores ( = "les porteurs de lumière" aussi, mais cette fois la racine est grecque, pas latine...)


On peut attribuer plusieurs rôles à la bioluminescence:

• la reconnaissance entre individus mâle et femelle d'une même espèce.
• Chez des prédateurs comme Malacostreus, qui émettent une lumière rouge, elle permet à l'animal de traquer ses proies, sensibles seulement à la lumière bleu-vert : " voir sans être vu..."
• Elle peut aussi servir de leurre: certains "dragons des mers" (Mélanostomiadés) ont des barbillons avec à leur extrémité des éléments luminescents qui "distraient" les proies éventuelles de la bouche avide qui les guette...
• ce phénomène peut aussi remplir le rôle d'un appât pour les crustacés nocturnes attirées par toutes ces jolies lumières...


Deiopea


Euphausia pacifica


Histioteuthis heteropsis